是德科技材料介电常数的七大测试方法

时间： 2023-10-24 来源：是德科技 Keysight Technologies知乎

技术问答

今天特别介绍是德科技 KEYSIGHT 材料介电常数测试方法。如何您有测量材料的需求，您可以联系是德科技。各行各业都需要对它们所用的材料有非常清晰的了解，以便缩短设计、进厂检验、流程检测和质量保证等阶段所花费的时间。每种材料都具有一些独特的电气特征，与介电特性有关。通过对介电特性进行精确测量，科技人员和工程师能够获得宝贵的信息，从而在具体应用中恰当地运用这些材料，创造更可靠的设计或监测生产流程，改进质量控制。

材料测试主要包括介电材料和磁性材料的测试，常用的介电参数包括介电常数如|εr|,εr’,εr”,tanδ，磁导率如|μr|,μr’,μr”等。是德科技提供多种仪器、夹具和软件，用于测量材料的介电特性。是德科技测量仪器能够覆盖最高1.1THz的频率范围，配合各种夹具支持同轴探头法、平行板法、同轴/波导传输线法、自由空间法和谐振腔法等，以下将主要介绍如何根据被测材料的情况选择合适的测试方法。

1. 同轴探头法

通过将探头浸入液体或用其接触固体 (或粉末) 材料的平坦表面，网分仪通过测量S11再换算到介电常数。

1、对被测材料要求：液体、软质整合固体（表面平整能够与探头紧密贴合无空气间隙）、半固体，"半无限" 厚度、非磁性、各向同性和均质、无空隙

2、覆盖频率范围（由探头决定）：200MHz-50GHz

3、测试主机：Keysight 网络分析仪、E4991A/B 阻抗分析仪

4、Keysight测试软件 N1500A-004

5、Keysight探头套件 N1501A，包含三种探头：高温探头，细长探头和高新能探头

a) 高温探头N1501A-101

频率200MHz至20GHz，采用玻璃金属密封结构，能够防止化学品的腐蚀或摩擦。探头能够承受–40至 +200℃ 的温度范围，可测量材料特性随频率和温度的变化。大边缘使探头能够对平面固体材料、液体和半固体材料进行测量。

b) 细长探头N1501A-102

频率500MHz至50GHz，能够轻松地装进发酵罐、化学反应室或其他小孔径的设备中。同时，细长的设计还使它能够适用于更小的样品体积。该探头最适用于测量液体和柔润的半固体。对于可浇铸材料，探头的价格足够经济，可伸入到材料中无需取回。这种探头用作消耗品，因此以三个一套的方式提供，还可以另购备件。

c) 高性能探头 N1501A-104

频率500MHz至50GHz，细长设计融合了出色的坚固性和耐高温性以及宽频率范围。探头的探针端和连接器端都经过密封，因此是最坚固耐用的探头。探头能够承受–40至 +200℃的温度范围，因此可以测量材料特性随频率和温度的变化。探头经过热压处理，非常适合灭菌要求很高的食品、医药和化工行业应用。

6、同轴探头法的优点：可利用Ecal实时更新校准，方便易用、基本无需对样品加工、非破坏性、频率宽；

7、同轴探头法缺点：不适合高εr’，低εr”材料、要求厚度＞1cm（典型值）、固体材料要求表面足够平、精度有限：εr’±5%、不能测量μr

2. 传输线法

传输线法需要将材料置于一部分封闭的传输线内部。线路通常是一段矩形波导或同轴空气线。介电常数根据反射信号 (S 11) 和发射信号 (S 21) 的测量结果计算得出。

1、对被测材料的要求：固体，且尺寸可精确塑型为环状或者方块状，表面足够光滑保证样品填充满夹具不留间隙。

2、覆盖频率范围：覆盖100MHz至1.1THz，由空气线或者波导频率决定

3、测试主机：Keysight 全系列网分（除N9912A）

4、Keysight测试软件：N1500A-001

5、Keysight夹具：空气线（如85051-60010 7mm空气线100MHz至18GHz）、波导腔（如K11644A 18GHz至26.5GHz）

6、传输线法优点：频率范围宽、夹具简单、能测试εr和μr

7、传输线法缺点：对材料可塑形要求高，不易保证尺寸加工精度、不适合测量低损耗材料，精度±2%，液体需特制夹具

3. 自由空间法

该方法将材料填充在两根天线之间以进行非接触测量。

1、对材料要求：大平面固体材料、平坦、平行表面、均匀，使用特制夹具可测量粒状和粉状材料

2、覆盖频率：100MHz至1.1T，受限于样品尺寸

3、测试主机：Keysight 全系列网分（除N9912A）

4、 Keysight测试软件：N1500A-001

5、夹具：喇叭天线、天线固定及对准平台（建议在微波暗室中测试以减少外界环境影响）

6、自由空间法优点：不用接触, 非破坏性、高频、适合于高温测试、可以测量磁性物质,各向异性材料

7、自由空间法缺点：需特制校准件、精确控制样品与天线的距离、不适合低损材料

4. 拱形法

NRL 拱形测试法由美国海军研究实验室首先提出，这种实用技术可用于测量材料的变角度吸收特征。典型设置是将网络分析仪连接到两个号角天线，固定在被测材料上方或下方的一个拱形电枢上。一根天线用作发射天线，另一根可以接收反射信号，以完成单端口测量。样品应是在 "远场"。

1、对材料要求：大平面固体材料、平坦、平行表面、均匀，使用特制夹具可测量粒状和粉状材料

2、覆盖频率：100MHz至1.1THz

3、测试主机：Keysight PNA系列网分、E5071C

4、Keysight测试软件：N1500A-002

5、夹具：喇叭天线、拱形、吸波材料等

6、拱形法优点：非接触, 非破坏性、高频、适合吸波材料测试、可以测量磁性物质

7、拱形法缺点：需特制校准件、精确控制样品与天线的距离、不适合低损材料

5. 谐振腔法

谐振腔测试法使用网络分析仪来测量谐振频率和谐振腔体夹具的Q值，在测试开始时是空白设置，随后加载被测样品。当已知样品的体积和谐振腔的其他参数时，通过这些测量来计算介电常数。

1、对材料要求：样品切条，平坦薄片，厚度约0.05mm~5mm，典型值为1mm

2、覆盖频率：1GHz至15GHz，一个谐振腔对应一个频点

3、测试主机：Keysight 全系列网分（除N9912A）

4、 Keysight测试软件：N1500A-003

5、夹具：谐振腔，如Keysight 85072A、QWED谐振腔等

6、谐振腔法优点：精度高达±1%，对样品尺寸加工要求不高，非常适合低损材料测试

7、谐振腔法缺点：不支持宽带测试，单个谐振腔可测频率窄，分析比较复杂

6. 平行板电容法

使用阻抗分析仪，将被测材料置于平行板电极之间，通过测试电容值计算出介电常数。

1、对材料要求：表面光滑且均匀薄片或者薄膜，不同夹具对厚度和直径有要求

2、覆盖频率：1MHz至1GHz

3、测试主机：Keysight E4991B、E4990A、E4980A/AL

4、Keysight测试软件：N1500A-005

5、夹具：16451B、16453A，液体材料使用16452A

6、谐振腔法优点：适合平板材料、薄膜材料、价格经济、精度高可达±1%

7、谐振腔法缺点：测试频率低、对材料尺寸要求高，不支持测试磁导率

7. 电感测量法

仅针对磁性材料测试磁导率，它可通过含有闭合环路 (例如环形磁芯)的磁芯电感器的自感推导得出。

1、对材料要求：环形磁芯结构

2、覆盖频率：1 kHz 至 1 GHz

3、测试主机：Keysight E4990A、E4980A/AL

4、Keysight测试软件：N1500A-006

5、夹具：16454A

6、谐振腔法优点：精度高可达±1%、操作简单

7、谐振腔法缺点：测试频率低、仅测试磁导率

在选择最适合的测量方法时，必须考虑到多个重要因素，例如精度、方便性，以及材料的外形和形态。

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系列,2000 X 系列,4000 X,33511B,N5166B,EDU36311A,N3300,4104A,E36234A,2022A,N7900,D3000USBB,DSOX-2WAVEGEN,N2820A,U3810,U2600,33510B,U2020 X 系列,N443XD 系列,3014G,33522B,BV9200B,EDU34450A,3498A,E36200 系列,34950A,U9428A SP8T,E36233A,CXG X,EXG,N8480 系列,L2060 X 系列,AC6903L,N2843A,RP7936A,E36100B,AC6903H,EXR,B2900B 系列,D4000PWRB,33521B,N9962A,RP7962A,EPM 系列,3000G X,1000 X 系列,P9377B,AC6804B,EXG X 系列,E4982A,DAQM905A,DAQM909A4,N9950B,N9950A,N8740A,D3000GENB,E36200A,E36103B,N6791A,E 系列,N2842A,AC6912L,B2980B 系列,AC6912H,N9951A,33520B,RP7973A,RP7961A,N2841A,N7007A,53131A,P9243A,P937XA,P937XB,E4981A,U2741A,N9323C-TG7,N9951B,34972A,E36102B,N6790A,EDU33210A 系列,E36320A,N8741A,AC6802B,RP7972A,4000 X 系列,U2000 系列,U9424A,P9240AWGA,P924XA,S254A,E3600 系列,DAQM903A,N9960A,53200 系列,E36311A,N8762A,6000X,E36105B,U7104N,N6781A,U9424C,U2000,U9424B,N2876A,U7104F,E3641A,U2060 X 系列,U7104E,EXR254A,U9428B SP8T,RP7983A,N3300 系列,N7550 系列,AC6803B,DAQM904A,N8900,U2751A,84904L,34970A,N9961A,E36104B,CXG,E36150 系列,N6792A,P 系列,E3640A,DSOXBODE,AC6800B,N2874A,EDU33211A,RP7942A,6002A,BN9963B,E3600,S054A,1000 X,U7106N,E36313A,DAQM900A,L2060 X,U9422B SPDT,DSOX,U7106F,U7106E,N8756A,DSOX2MSO,J7204B,N8732A,E36150A 系列,N8950A,U3851A,EXR058A,RP7941A,AC6801B,10070D,P9384B,D4000AUTB,N2752A,EDU33210A,RP7953A,BN9962B,DAQM902A,U2761A,34980A,E36300A,E36312A,N6782A,DAQM901A,U2020 X,E36106B,53220A,N8757A,AC6900 系列,N8733A,D3000PWRB,N8951A,N9952B,RP7952A,N9952A,U7108B,U7108A,P9242A,P9375B,U7108C,P9240GENC,N2751A,P9375A,U9428C,E4980A,U9428B,6004A,33500B 系列,U9428A,N7971A,ENA 系列,D4000AERB,53132A,EXG X,N6785A,B2980B,N6773A,N6761A,N8754A,N8742A,RP7963A,N9953B,RP7951A,EDU33210 系列,N7970A,EDU33212A,P9241A,P938XB,N2750A,N2871A,53230A,N8700,U3810 系列,U9424A SP4T,DSOXT3MSO,S804A,L2050 X,J7201C,J7201B,N6784A,N8755A,J7201A,N8731A,N2870A,8495D,N2797A,N9934B,N2894A,N5770A,8495B,34420A,N70412A,N7973A,E3647A,6000X 系列,10833F,10833G,10833A,10833B,4154A,D6000GENB,10833C,S104A,10833D,N6775A,EXR204A,N6763A,N8736A,N6751A,N8954A,N8930A,EL34143A,E36300 系列,DAQ973A,N7550,EDUX1052A,U8480 系列,N9923A,N2796A,N9935B,3000G X 系列,N9935A,N2893A,EDUX 系列,3052G,U2781A,N5771A,N7972A,EDUX1052G,E36100,PP001A,E3646A,DP0001A,6811C,4032A,EXR108A,E36100 系列,N6786A,N8737A,D4000BDLB,N6774A,N6762A,N8943A,10834A,E5063A,N8955A,8494G,N8931A,E3634A,N2783B,N2795A,BN9961B,N5772A,6813C,N7951A,D6000USBB,E3649A,6800C,6812C,U71010A,U71010C,U71010B,N6753A,AC6800B 系列,N8758A,N6741B,N8734A,N6971A,S 系列,N8952A,N6777A,N6765A,N8940A,P9370A,P9382B,N2891A,P9370B,N2782B,D3000AUTB,53181A,N9933B,N28005A,EL30000 系列,U2050 X,N5761A,N7950A,BN9960B,N7974A,N8700 系列,34465A,E3648A,4054A,N6764A,N8759A,N6752A,E9320,N8735A,N6970A,N8941A,EL34243A,N6776A,N2793A,DAQ970A,N2890A,N2781B,RP7982A,E4417A,8509XD 系列,N9914B,N9914A,82350C,N5750A,N7953A,U2300 系列,N7977A,N5762A,DAQM909A,E8486A,DSOX-4WAVEGEN2,E5810B,N9938B,N9926A,N6743B,N8934A,N9938A,N6731B,N8946A,N6973A,E36100B 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一般来说，网络分析仪操作面板比较复杂，因此本文以让用户快速掌握最常用的测试方法为目的，针对是德科技的E5071C网络分析仪操作步骤做了整理，在此分享给大家。

设计经验发布时间 : 2020-02-10

网络分析仪为什么测量S参数（散射参数）

S参数是网络分析仪（network analyzer）的工作语言。S参数也称为散射参数能够完整地描述任何线性、非时变的元件，全面描绘该元件在其可能连接的系统中表现出的特性。散射参数包含相位信息，因此它们是复数形式的相量，同时还与频率有关。一旦知道散射参数，便可以将它们转换为其他网络参数，以便进行电路设计、优化或调谐。

技术探讨发布时间 : 2024-06-08

【技术大神】关于网络分析仪分析和优化射频电路阻抗的小结

本文是实际项目中使用Keysight网络分析仪E5063A，进行特性阻抗分析和优化的一些经验小结。

设计经验发布时间 : 2017-06-30

【选型】Keysight（是德科技）网络分析仪产品选型指南（中文）

目录- 网络分析仪产品简介通用网络分析仪 ENA和精简系列USB矢量网络分析仪 PNA系列矢量网络分析仪多端口测试仪/射频和微波固态开关/PXI多端口网络分析仪 PNA毫米波系统手持式微波分析仪

型号- M9165B,N5221B,PNA-X,N5241B,N9914B,N5225B,N5245B,N5249B,N9950A,E5080B,E5080A,E5092A,E5072A,N9918B,N9951A,N5290A,N5242B,P916XB,P937XA,P916XA,N5234B,N5222B,M9808A,M9804A,P502XA,E5071C,E5063A,M9375A,P937XA 系列,PNA-L 系列,N9952A,N5231B,PNA 系列,P9165B,P9375A,N5247B,N5235B,N5239B,N5227B,P9370A,M9164B,P9164B,N5232B,N9913B,N5224B,P5008A,N5244B,M9019A,N529XA,PNA-X 系列,M980XA,P50XXA,P5024A,P5028A,E5061B

选型指南 - KEYSIGHT - 2020年9月11日 PDF 中文下载

E5071C矢量网络分析仪是大规模无源元器件测试的理想解决方案，具有出色的测量性能，有助于提高测试吞吐量

E5071C矢量网络分析仪是大规模无源元器件测试的理想解决方案。E5071C矢量网络分析仪具有出色的测量性能，有助于提高测试吞吐量，尤其是与E5092A多端口测试仪配合使用时，可以大幅提高生产能力。灵活的多端口设置可以显著缩短测试时间。TDR测量原理时域反射计TDR是最常用的测量传输线特征阻抗的仪器，它是利用时域反射的原理进行特性阻抗的测量。

产品发布时间 : 2024-05-31

矢量网络分析仪 TECHNICAL OVERVIEW

型号- PNA,N5241B,N5225B,P502XB 系列,N5249B,872XE,8714B,N9950A,8714C,N338XA,E5080B,E5080A,M937XA,N9918B,4194A,PXI VNA,85541B,N9951A,N1930XB,S97011B,N5242B,N5230A,8753E,P93XXB,N5230C,3577B,P937XA,8753C,P937XB,8753D,8753A,N524X,8753B,N522XA,8713C,N522XB,8713B,872XC,8510X,872XD,872XA,4395A,872XB,P502XB,P502XA,E5063A,8714ET,8714ES,PNA-L 系列,PNA 系列,N5231B,8530A,N5295AX,N5239B,N5227B,85309B,E835XA,E5070B,E5070A,N9916B,3577A,4192A,S94050B,N991XB,S96011B,N991XA,N5232B,P93XX,E836XC,N5244B,E836XB,N522X,S94051B,N9917B,PXI VNA 系列,N5221B,PNA-X,N9914B,PNA-L,N5245B,FIELDFOX 系列,8719E,8719C,8719D,E836XA,8719A,8719B,E5072A,N992XA,872XET,872XES,8712ET,N5290A,8712ES,N9915B,P500XB,P502XA 系列,N5234B,P500XA,P50XX,N5222B,N5253EX,N524XA,N524XB,M981XAS,N526BA,E5071C,E5071B,E5071A,ENA,85320B,85320A,8360B,N9952A,N5291A,N5251A,8753,N5247B,8510A,8752B,N5235B,8752C,8510C,N99XXA,S95011B,N1501A,8510B,8752A,N99XXB,8712B,8712C,N5293AX,S93011B,ENA 系列,8753 系列,E5062A,N5292A,8753ET,8753ES,N5252A,N5264B,N9913B,P938XB,8751A,N5224B,8711C,8711A,N523XA,8711B,N523XB,PNA-X 系列,M980XA,FIELDFOX,P50XXA,P50XXB,E5061B,8719ES,E5061A,8719ET,4195A

商品及供应商介绍 - KEYSIGHT - 2021年10月11日 PDF 中文下载

【选型】Keysight（是德科技）噪声系数测试仪选型指南

目录- 噪声系数概述测量不确定度噪声系数测量系统的组成噪声系数分析仪 X系列信号分析仪（PXA/MXA/EXA/CXA） PNA-X微波网络分析仪 SNS系列智能噪声源 346系列传统噪声源 347系列高频噪声源噪声源测试仪

型号- PNA,N2002A,PNA-X,N5241A,K40,NFA,N9069C,N5245A,H29,550,N8975AZ - K50,N8975AZ - K98,N8975AZ - K99,N8974B,N5242A,K50,N9010B,N9030A-526,N8975AZ - K40,N2002-90001,N8975AZ - K88,PXA,526,N4000A,N8975B,N8975A,K 系列,R347B,8510,K63,Q347B,N9030B,N8975AZ - K75,SNS,N4001A,N8976B,W9069C,NFA X,N5244A,346CK40,346CK01,N9020B,CXA,N9000B,EXA,N8975AZ - K63,X ÏΜÁÐ,X 系列,543,346,544,N9020A-526,347,028,MXA,029,N4002A,346C,346B,346A,N8973B

选型指南 - KEYSIGHT - 2018年9月17日 PDF 中文下载

网络分析仪的常见问题分析与维护保养，让设备始终如新

网络分析仪是测量电气网络参数的测试仪器，应用非常广泛，正确使用仪器让您测试工作事半功倍。然而不恰当的使用，也会阻挠您前进的步伐。我们应当如何正确使用网分，遇到问题如何快速找到答案，仪器出了故障，我们如何应对？本次会议中，将从客户的常见问题出发，总结我们平时经常遇到的典型问题，当您下次再碰到这些问题时，也能够快速应对。合理使用仪器，让您的测试工作变的更加顺利。

设计经验发布时间 : 2023-12-11