安泰測試在上一期為大家介紹了矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀在材料介電常數(shù)測量的應(yīng)用,了解到矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量材料介電常數(shù)的優(yōu)勢,那么具體如何使用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測量呢,安泰測試今Agitek天為大家介紹同軸探頭法、傳輸線法、自由空間法、拱形法、諧振腔法、平行板電容法和電感測量法七種具體測試方法,感興趣的建議收藏哦。
一、同軸探頭法
通過將探頭浸入液體或用其接觸固體 (或粉末) 材料的平坦表面,網(wǎng)分儀通過測量S11再換算到介電常數(shù)。
1、對被測材料要求:液體、軟質(zhì)整合固體(表面平整能夠與探頭緊密貼合無空氣間隙)、半固體,“半無限” 厚度、非磁性、各向同性和均質(zhì)、無空隙
2、 覆蓋頻率范圍(由探頭決定):200MHz-50GHz
3、測試主機(jī):Keysight 全系列網(wǎng)分、E4991A/B阻抗分析儀
4、Keysight測試軟件N1500A-004
5、Keysight探頭套件N1501A,包含三種
a) 高溫探頭N1501A-101
頻率200MHz至20GHz,采用玻璃金屬密封結(jié)構(gòu),能夠防止化學(xué)品的腐蝕或摩擦。探頭能夠承受–40至 +200℃ 的溫度范圍,可測量材料特性隨頻率和溫度的變化。大邊緣使探頭能夠?qū)ζ矫婀腆w材料、液體和半固體材料進(jìn)行測量。
b) 細(xì)長探頭N1501A-102
頻率500MHz至50GHz,能夠輕松地裝進(jìn)發(fā)酵罐、化學(xué)反應(yīng)室或其他小孔徑的設(shè)備中。同時(shí),細(xì)長的設(shè)計(jì)還使它能夠適用于更小的樣品體積。該探頭最適用于測量液體和柔潤的半固體。對于可澆鑄材料,探頭的價(jià)格足夠經(jīng)濟(jì),可伸入到材料中無需取回。這種探頭用作消耗品,因此以三個(gè)一套的方式提供,還可以另購備件。
c) 高性能探頭N1501A-104
頻率500MHz至50GHz,細(xì)長設(shè)計(jì)融合了出色的堅(jiān)固性和耐高溫性以及寬頻率范圍。探頭的探針端和連接器端都經(jīng)過密封,因此是最堅(jiān)固耐用的探頭。探頭能夠承受–40至 +200℃的溫度范圍,因此可以測量材料特性隨頻率和溫度的變化。探頭經(jīng)過熱壓處理,非常適合滅菌要求很高的食品、醫(yī)藥和化工行業(yè)應(yīng)用。
6、同軸探頭法的優(yōu)點(diǎn):可利用Ecal實(shí)時(shí)更新校準(zhǔn),方便易用、基本無需對樣品加工、非破壞性、頻率寬;
7、 同軸探頭法缺點(diǎn):不適合高εr’,低εr”材料、要求厚度>1cm(典型值)、固體材料要求表面足夠平、精度有限:εr’±5%、不能測量μr
二、傳輸線法
傳輸線法需要將材料置于一部分封閉的傳輸線內(nèi)部。線路通常是一段矩形波導(dǎo)或同軸空氣線。介電常數(shù)根據(jù)反射信號 (S 11) 和發(fā)射信號 (S 21) 的測量結(jié)果計(jì)算得出。
1、對被測材料的要求:固體,且尺寸可精確塑型為環(huán)狀或者方塊狀,表面足夠光滑保證樣品填充滿夾具不留間隙。
2、覆蓋頻率范圍:覆蓋100MHz至1.1THz,由空氣線或者波導(dǎo)頻率決定
3、測試主機(jī):Keysight 全系列網(wǎng)分(除N9912A)
4、Keysight測試軟件:N1500A-001
5、Keysight夾具:空氣線(如85051-60010 7mm空氣線100MHz至18GHz)、波導(dǎo)腔(如K11644A 18GHz至26.5GHz)
6、傳輸線法優(yōu)點(diǎn):頻率范圍寬、夾具簡單、能測試εr和μr
7、傳輸線法缺點(diǎn):對材料可塑形要求高,不易保證尺寸加工精度、不適合測量低損耗材料,精度±2%,液體需特制夾具
三、自由空間法
該方法將材料填充在兩根天線之間以進(jìn)行非接觸測量。
1、 對材料要求:大平面固體材料、平坦、平行表面、均勻,使用特制夾具可測量粒狀和粉狀材料
2、覆蓋頻率:100MHz至1.1T,受限于樣品尺寸
3、 測試主機(jī):Keysight 全系列網(wǎng)分(除N9912A)
4、 Keysight測試軟件:N1500A-001
5、 夾具:喇叭天線、天線固定及對準(zhǔn)平臺(建議在微波暗室中測試以減少外界環(huán)境影響)
6、自由空間法優(yōu)點(diǎn):不用接觸, 非破壞性、高頻、適合于高溫測試、可以測量磁性物質(zhì),各向異性材料
7、自由空間法缺點(diǎn):需特制校準(zhǔn)件、精確控制樣品與天線的距離、不適合低損材料
四、拱形法
NRL 拱形測試法由美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室首先提出,這種實(shí)用技術(shù)可用于測量材料的變角度吸收特征。典型設(shè)置是將網(wǎng)絡(luò)分析儀連接到兩個(gè)號角天線,固定在被測材料上方或下方的一個(gè)拱形電樞上。一根天線用作發(fā)射天線,另一根可以接收反射信號,以完成單端口測量。樣品應(yīng)是在 “遠(yuǎn)場”。
1、對材料要求:大平面固體材料、平坦、平行表面、均勻,使用特制夾具可測量粒狀和粉狀材料
2、覆蓋頻率:100MHz至1.1THz
3、測試主機(jī):Keysight PNA系列網(wǎng)分、E5071C
4、Keysight測試軟件:N1500A-002
5、夾具:喇叭天線、拱形、吸波材料等
6、 拱形法優(yōu)點(diǎn):非接觸, 非破壞性、高頻、適合吸波材料測試、可以測量磁性物質(zhì)
7、 拱形法缺點(diǎn):需特制校準(zhǔn)件、精確控制樣品與天線的距離、不適合低損材料
五、諧振腔法
諧振腔測試法使用網(wǎng)絡(luò)分析儀來測量諧振頻率和諧振腔體夾具的Q值,在測試開始時(shí)是空白設(shè)置,隨后加載被測樣品。當(dāng)已知樣品的體積和諧振腔的其他參數(shù)時(shí),通過這些測量來計(jì)算介電常數(shù)。
1、 對材料要求:樣品切條,平坦薄片,厚度約0.05mm~5mm,典型值為1mm
2、覆蓋頻率:1GHz至15GHz,一個(gè)諧振腔對應(yīng)一個(gè)頻點(diǎn)
3、 測試主機(jī):Keysight 全系列網(wǎng)分(除N9912A)
4、 Keysight測試軟件:N1500A-003
5、 夾具:諧振腔,如Keysight 85072A、QWED諧振腔等
6、 諧振腔法優(yōu)點(diǎn):精度高達(dá)±1%,對樣品尺寸加工要求不高,非常適合低損材料測試
7、 諧振腔法缺點(diǎn):不支持寬帶測試,單個(gè)諧振腔可測頻率窄,分析比較復(fù)雜
六、平行板電容法
使用阻抗分析儀,將被測材料置于平行板電極之間,通過測試電容值計(jì)算出介電常數(shù)。
1、對材料要求:表面光滑且均勻薄片或者薄膜,不同夾具對厚度和直徑有要求
2、覆蓋頻率:1MHz至1GHz
3、 測試主機(jī):Keysight E4991B、E4990A、E4980A/AL
4、Keysight測試軟件:N1500A-005
5、夾具:16451B、16453A,液體材料使用16452A
6、諧振腔法優(yōu)點(diǎn):適合平板材料、薄膜材料、價(jià)格經(jīng)濟(jì)、精度高可達(dá)±1%
7、諧振腔法缺點(diǎn):測試頻率低、對材料尺寸要求高,不支持測試磁導(dǎo)率
七、電感測量法
僅針對磁性材料測試磁導(dǎo)率,它可通過含有閉合環(huán)路 (例如環(huán)形磁芯)的磁芯電感器的自感推導(dǎo)得出。
1、對材料要求:環(huán)形磁芯結(jié)構(gòu)
2、覆蓋頻率:1 kHz 至 1 GHz
3、測試主機(jī):Keysight E4990A、E4980A/AL
4、Keysight測試軟件:N1500A-006
5、夾具:16454A
6、諧振腔法優(yōu)點(diǎn):精度高可達(dá)±1%、操作簡單
7、諧振腔法缺點(diǎn):測試頻率低、僅測試磁導(dǎo)率
以上就是安泰測試為大家分享的利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析測材料介電常數(shù)的方法,也詳細(xì)介紹了這七種方法的利弊,如果大家在測試過程中有什么問題,歡迎訪問安泰測試網(wǎng)。
責(zé)任編輯:tzh
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