介電常數(shù)DkDf介質(zhì)損耗因數(shù)測量方法介紹

1、傳輸線法

傳輸線法測量是(介電值)和(磁導(dǎo)率)主流測量方法，可在范圍頻率內(nèi)的設(shè)定任意頻率點(diǎn)上進(jìn)行測量。輸線法需要將材料置于一部分封閉的傳輸線內(nèi)部，其線路是使用一段矩形波導(dǎo)或同軸空氣線，根據(jù)反射信號(S11)和傳輸信號(S21)的測量結(jié)果計(jì)算得出。

傳輸線要求，樣品填充到治具橫截面中，治具壁沒有空隙，表面平坦光滑，與長軸垂直均勻介質(zhì)。

碳纖維、吸波材等材料在雷達(dá)、航天等做吸收或是屏蔽電波，多采用此方法。

1.1同軸法

測試范圍：100M~18G

樣品要求：環(huán)狀，材料需加工；表面光滑，并且兩個(gè)端面與傳輸線的軸線垂直；樣品長度和測試頻率相關(guān)，其量測度與樣品工藝息息相關(guān)。

方案配置：網(wǎng)分+同軸夾具+軟件+TRL校準(zhǔn)件

圖1WR同軸方案夾具

1.2波導(dǎo)法

測試范圍：100M~110G（頻率分段）

樣品要求：矩形塊狀，材料需加工；表面光滑，并且兩個(gè)端面與傳輸線的軸線垂直；測試頻率與規(guī)范要求相關(guān)。頻率越高，樣品越小，尺寸要求更精細(xì)，量測度很大程度取決于樣品制作工藝。

方案配置：網(wǎng)分+波導(dǎo)夾具+軟件+OSL校準(zhǔn)件。

使用新一代的波導(dǎo)夾具可易于做校正，避免漏波使數(shù)據(jù)更。

下圖是波導(dǎo)夾具：

圖2WR波導(dǎo)夾具

2、共振法

共振法優(yōu)點(diǎn)是，相對眾多量測方式有較高的值，非常適合用于(lowDf)低損耗的材料驗(yàn)證與開發(fā)，如PCB板前沿材料、(CCL)覆銅板的介電基材，PP玻璃纖維，樹酯，氟系材料。聚酰亞胺（PI）等。

測量方法：是將一片材料樣品插入到腔體中，會改變腔體的共振頻率（f）和品質(zhì)因子(Q)。根據(jù)這些測得的參數(shù)，可以計(jì)算出材料在某一頻率上的復(fù)數(shù)介電常數(shù)。典型的測量系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)分析儀、共振腔體治具以及計(jì)算軟件組成。

共振腔法也有許多不同的子方法和治具類型:分離式圓柱諧振腔(Split Cavity Resonator)、分離柱電介質(zhì)諧振腔(Split Post Dielectric Resonator)和于共振法開發(fā)的液態(tài)，粉態(tài)與固態(tài)測試夾具，以下介紹三種共振腔。

2.1分裂圓柱諧振器

SCR(Split Cylinder Resonant)分裂圓柱共振器是分成兩半的柱狀共振腔體。

樣品夾入到兩個(gè)半柱的中間。一個(gè)半柱是固定的，另一個(gè)是可調(diào)節(jié)的，來適應(yīng)不同厚度的樣品。根據(jù)樣品厚度、柱長以及分裂圓柱共振器在空載和載入樣品兩種條件下的S參數(shù)測量結(jié)果，可以計(jì)算出介電常數(shù)和損耗正切或tanΔ、tanδ。

優(yōu)點(diǎn):

1、SCR10GHz可提供值24000，可達(dá)10的負(fù)6次方的辨識度與穩(wěn)定度；

2、一顆SCR10GHz提供多頻率點(diǎn)量測；

3、可進(jìn)行TCDK-50~+150度高低溫量測；

4、測試軟件可搭配進(jìn)口或是國產(chǎn)網(wǎng)儀。

規(guī)范：IPC TM650 2.5.5.13

測試范圍：10GHz-84GHz共七種。

值:24000。

量測溫度范圍:-50~+150℃。

樣品要求：薄膜，片狀，樣品厚度與量測頻率相關(guān)。

適合應(yīng)用:TCDK，產(chǎn)品開發(fā)。

圖3SCR10G搭配R&SZNB方案

圖4WRSCR84G搭配是德110GHz

SCR用于TCDK變溫測量:

因使用環(huán)境溫度與高速環(huán)境下，溫度已被列為設(shè)計(jì)方量測參考因素。SCR搭配變溫箱與程控軟件實(shí)現(xiàn)-50度~+150度變溫量測。如左下圖，全自動量測，省時(shí)省力，數(shù)據(jù)穩(wěn)定度與再現(xiàn)性高符合趨勢如右下圖：

圖5 TCDK方案框架

圖6 TCDK方案數(shù)據(jù)

2.2分離介質(zhì)共振器

SPDR(Split Post Dielectric Resonator)分離介質(zhì)共振器采用低損耗介電材料構(gòu)建，上下有兩個(gè)圓柱陶瓷材質(zhì)與工藝，決定量測頻率于量測精度。其值穩(wěn)定度不亞于SCR腔體。

SPDR方案操作簡單，是市場上常見的方案，但因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)問題，維護(hù)成本相比于SCR要高。

規(guī)范：IPC TM650 2.5.5.15

測試范圍：1GHz~20GHz單點(diǎn)頻率。

Q值：12000

測量溫度范圍：室溫

樣品要求：薄膜，片狀，樣品厚度與平整度影響準(zhǔn)確度

應(yīng)用行業(yè)：PCB進(jìn)料檢驗(yàn)，玻璃纖維行業(yè)在玻璃/玻纖布、測量碳纖維布，

其他：WR SPDR腔體可提供維修與每年校驗(yàn)。

2.3液體/粉末與陶瓷介電材料測量夾具

因應(yīng)AI時(shí)代高速產(chǎn)品對于產(chǎn)品開發(fā)需求，WR開發(fā)適合于前沿材料液體/粉末型態(tài)樣品測試夾具，產(chǎn)品簡稱PLS100。可還原材料的介質(zhì)損耗其分辨率可達(dá)1x。

有別于他牌探頭型測試方案，PLS100采用諧振法使用空氣為介質(zhì)進(jìn)行空腔校正。封閉型腔體測試可避免反射/干涉頻率影響，對于量測有著高辨識度。

圖7 PLS100以空氣為介質(zhì)進(jìn)行空腔量測數(shù)據(jù)

圖8 PLS100實(shí)物

測試范圍：5GHz~14GHz單點(diǎn)頻率。

Q值：10000

測量溫度范圍：室溫

樣品要求：液體/粉末

應(yīng)用行業(yè)：覆銅板的樹酯，伺服器冷卻液，玻璃纖維粉末

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