质料测试
一、配景
新质料与信息工程、能源工程及生物工程并列为当今天下上新手艺革命的四大支柱。 。 。。。。质料的生长在一定水平上反应了一个时代的生产力生长水平， ，，，，，，它的品种、产量和质量情形是权衡一个国家科学手艺与经济生长水平的一个主要标记。 。 。。。。电子质料的生长在整个电子科技领域中总是处于前沿的， ，，，，，，它是电子工业和电子科学手艺生长的物质基础 。 。。。。 ，，，，，，是电子手艺前进的原动力。 。 。。。。这不但体现在电子产品的性能直接依赖于电子质料的特征， ，，，，，，还体现在新型电子质料的开发能增进许多新型电子元器件的生长。 。 。。。。
各行各业都需要对它们所用的质料有很是清晰的相识(图1)， ，，，，，，以便缩短设计、进厂磨练、流程检测和质量包管等阶段所破费的时间。 。 。。。。每种质料都具有一些奇异的电气特征， ，，，，，，与介电特征有关。 。 。。。。通过对介电特征举行准确丈量， ，，，，，，科技职员和工程师能够获得名贵的信息， ，，，，，，从而在详细应用中适外地运用这些质料， ，，，，，，创造更可靠的设计或监测生产流程， ，，，，，，刷新质量控制。 。 。。。。
介电质料丈量可以为许多电子应用提供要害设计参数信息。 。 。。。。电缆绝缘体消耗、基片阻抗或介质谐振器频率都与质料介电特征有关。 。 。。。。信息也有助于刷新铁氧体、吸收器和封装设计。 。 。。。。通过充分熟悉介电特征， ，，，，，，汽车、食物和医药行业中的应用也获益匪浅。 。 。。。。
针对差别形状尺寸、电气参数、物理状态和使用频段的介质质料， ，，，，，，需要有对应的测试丈量要领、测试夹具、剖析盘算要领。 。 。。。。是德科技提供多种仪器、夹具和软件， ，，，，，，用于丈量液体、固体质料的介电常数/磁导率。 。 。。。。是德科技丈量仪器(例如网络剖析仪、阻抗剖析仪和LCR表)能够笼罩最高1.1THz的频率规模， ，，，，，，并提供夹持被测质料(MUT)的夹具， ，，，，，，划分适用于同轴探头法、平行板法、同轴/波导传输线法、自由空间法协调振腔法。 。 。。。。
二、质料电磁特征丈量
1、平行板法
通过在两个电极之间插入一个质料或液体薄片组成电容器， ，，，，，，然后丈量其电容， ，，，，，，凭证丈量效果盘算介电常数， ，，，，，，见图2；；；；；； ；；平行板用到的分销LCR表及夹具见图3。 。 。。。。
图 2 平行板法丈量原理
图 3 平行板用到的分销LCR表和夹具
平行板法的优点和弱点总结如下：
| 优势 | 限制 |
| 可用于液体和固体质料丈量 | 频段较低 |
| 基本不必专门准备丈量样本 | 固体被测质料必需有平滑的外貌 (16451B) |
| 16451B测试夹具切合 with ASTM D150 | 厚度 <=10mm (16451B) |
2、同轴探头法
同轴探头是传输线截断后的一部分。 。 。。。。通过将探头浸入液体或用其接触固体(或粉末)质料的平展外貌， ，，，，，，对证料举行丈量。 。 。。。。探头上的场将"边沿"送入质料中， ，，，，，，随着它们与被测质料的接触而缓慢爆发转变(图4)。 。 。。。。反射信号5(S11)可以通过丈量获得， ，，，，，，它与εr*有关。 。 。。。。使用同轴探头法的典范丈量系统是由网络剖析仪或阻抗剖析仪以及同轴探头和软件组成。 。 。。。。软件和探头均包括在N1501A(原85070E)介电探头套件中。 。 。。。。若是使用FieldFox手持表做网分， ，，，，，，还需要使用外部盘算机通过GPIB接口控制Fieldfox网络剖析仪， ，，，，，，82357A USB至GPIB接口可以很是利便和无邪地实现这一毗连。 。 。。。。关于ENA系列网络剖析仪E5061B和E5063A， ，，，，，，软件能够直接装置到剖析仪中， ，，，，，，无需使用外部盘算机。 。 。。。。
图 4同轴探头法
图5显示了N1501A套件提供的3个探头；；；；；； ；；高温探头(a)、细长探头(b)和高性能探头(c)。 。 。。。。图中(a)为高温探头， ，，，，，，右侧是短路件。 。 。。。。(b)的底部是3个细长探头， ，，，，，，上面为短路件， ，，，，，，尚有几个其他附件。 。 。。。。(c)为高性能探头， ，，，，，，上面是短路件。 。 。。。。图6是高温探头的实物和参数。 。 。。。。
图 5 三种介电探头设置
图 6 高温探头
同轴探头法的优点和适用规模如下：
| 优势 | 限制 |
| 简朴利便 | 样品厚度一样平常要求 > 1 cm |
| 基本不必专门准备丈量样本 | 固体必需有一个平滑的外貌 |
| 无需破损质料 | 精度很有限 ε’r ( + 5-10%) |
| 低消耗区分率 ( + .05 in tanδ) | |
| 很是适合液体和半固体（粉末） | 不适合搞high ε’r low ε”r materials |
| 宽带 (0.01-50 GHz， ，，，，，，详细取决于探头和剖析仪) | 无法丈量导磁率μr |
3、谐振腔法（疏散介质谐振器）
谐振腔法通过丈量S21较量放入样品前、后的谐振频率， ，，，，，，凭证公式盘算质料的介电常数。 。 。。。。它能够丈量低消耗质料 (传输反射手艺无法质料消耗较低的质料)；；；；；； ；；可对基片、印刷电路板和薄膜举行利便、快速的无损丈量， ，，，，，，由于不需要特殊的样本制备， ，，，，，，只要基片适合 SPDR 即可；；；；；； ；；可丈量多层PCB板。 。 。。。。该要领的毗连示意图和夹具见图7。 。 。。。。
图 7 谐振腔法（疏散介质谐振器）
谐振腔法的适用规模和优点如下：
| 优势 | 限制 |
| 精彩精度. 适合PCB 质料. | 只能在一个或几个频率上举行丈量 |
| 很是适合丈量低消耗质料(对一些腔体， ，，，，，，直到10-6) | 腔体微扰法要求样品很是小而准确， ，，，，，，一样平常都是破损性的 |
| SPDR和SCR要领不会破损质料 | 不可测磁导率μr. |
4、传输线法
传输线法需要将质料置于一部分关闭的传输线内部。 。 。。。。线路通常是一段矩形波导或同轴空气线 (图 8)。 。 。。。。εr* 和 μr* 凭证反射信号 (S11) 和发射信号(S21)的丈量效果盘算得出。 。 。。。。对证料的要求：样品填充到夹具横截面中， ，，，，，，夹具壁没有逍遥， ，，，，，，外貌平展平滑,与长轴笔直， ，，，，，，匀称介质。 。 。。。。传输线法的特点有：宽带―最低频率受到现实样品长度的限制；；；；；； ；；有限的低消耗区分率(取决于样品长度)；；；；；； ；；可丈量磁性子料；；；；；； ；；使用波导夹具时丈量各向异性子料。 。 。。。。
图 8 传输线法
传输线法的优点和适用规模如下：
| 优势 | 限制 |
| 可丈量介电常数和磁导率 | 起始频率一样平常高于100-500 MHz |
| 夹具较量简朴 | 对样品的制造要求高 ， ，，，，，，特殊是空气线使用的环形样品(一样平常也都是破损性的) |
| 宽带 | 有限的低消耗区分率 (取决于样品长度) |
| 液体， ，，，，，，粉末和气体必需装起来丈量 |
三、总结
| 要领 | 夹具 | 参数 | 常见被测质料 | 计划 |
| 平行板法 |  |
εr 与µr | 平展薄板样品 | E4980A/E4980AL、电子表格VBA宏和夹具16451B或16452A |
| 适合低频 | ||||
| 同轴探头法 |  |
εr | 宽带、利便、非破损 | E5063A 和软件 N1500A Opt.004 + 同轴探头N1501A |
| 适合消耗MUT; 液体和半固体 | ||||
| 传输线法 |  |
εr 与µr | 宽带 | E5063A和软件N1500A Opt.001+样品容器 |
| 适合消耗至低消耗 MUT; 可加工的固体 |
||||
| 谐振腔法 |  |
εr | 简单频率; 准确 | E5063A和软件 N1500A Opt. 003 与谐振腔 85072A或N1501AExx |
| 适合低消耗 MUT; 小型样品 |
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