PCB介電常數(shù)及介電損耗測(cè)試

       需要了解介電參數(shù)的行業(yè)很多，如電子、航天、材料，甚至在農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)療都有廣泛的應(yīng)用。PCB行業(yè)用來檢測(cè)塑料板的特性，用來分析高頻信號(hào)完整性的評(píng)估等，航天行業(yè)主要分析雷達(dá)材料傳輸特性等，食品行業(yè)主要分析保鮮膜食材變質(zhì)的特性，諸如此類等等。下面介紹下高頻材料介電常數(shù)及介電損耗測(cè)試：

       高頻特性參數(shù)測(cè)試，通常用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行表征，分別有Coaxial Probe (同軸探頭法)，Transmission Line (傳輸線法)，F(xiàn)ree-Space (自由空間法)，Resonant Cavity  (諧振腔體法)以及Arch Reflectivity (弓形反射率法)。

（一）Coaxial Probe (同軸探頭法)

       同軸探頭法可以測(cè)試表面光滑且厚度較高的片狀固體材料，液體材料，粉末材料等。該測(cè)試方法利用開路式的同軸探頭，測(cè)試時(shí)將探頭浸入到液體或者接觸光滑固體平面，高頻信號(hào)將入射在探頭與被測(cè)材料的接觸面，在這一界面上，高頻信號(hào)的反射特性 S11 將會(huì)因?yàn)椴牧系慕殡姵?shù)而發(fā)生變化，如下圖所示。這時(shí)可以通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)得 S11，再計(jì)算出被測(cè)材料的介電常數(shù)與損耗角正切等參數(shù)。

圖：同軸探頭法，示意圖

1、頻率范圍：200MHz~50GHz（搭配網(wǎng)絡(luò)分析儀）；10MHz-3GHz（搭配阻抗儀）

2、測(cè)試參數(shù)：介電常數(shù)

3、樣品要求：表面平整的固體，液體或者粉末材料

（二）Transmission Line (傳輸線法)

       傳輸線法是將被測(cè)材料置于封閉傳輸線中，傳輸線可以是同軸傳輸線或者矩形波導(dǎo)。通過利用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試高頻信號(hào)激勵(lì)下傳輸線的反射特性 S11 和傳輸特性 S21，從而得到材料的介電常數(shù)以及磁導(dǎo)率等結(jié)果，如圖：

圖：Transmission Line (傳輸線法)示意圖

1、頻率范圍：100MHz~110GHz

2、測(cè)試參數(shù)：介電常數(shù)，磁導(dǎo)率

3、樣品要求：可以進(jìn)行機(jī)械加工尺寸形狀的樣品 (環(huán)狀或者矩形塊狀)；表面光滑，并且兩個(gè)端面與傳輸線的軸線垂直；樣品長(zhǎng)度和測(cè)試頻率相關(guān)

（三）Free-Space (自由空間法)

       自由空間法利用天線將微波能量聚集或者穿過被測(cè)材料，這種測(cè)試方法將被測(cè)材料置于天線之間，通過測(cè)量傳輸 S21 或者反射 S11 的高頻信號(hào)得到材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，如圖所示：

圖：Free-Space (自由空間法)示意圖

1、頻率范圍：1GHz~330GHz

2、測(cè)試參數(shù)：介電常數(shù)，磁導(dǎo)率

3、樣品要求：扁平狀樣品，通常低頻時(shí)需要大尺寸平面，平坦，均勻，厚度已知

（四）Resonant Cavity (諧振腔體法)

       一般對(duì)于 PCB 基板的測(cè)試，多采用諧振腔法，因?yàn)橹C振腔法可以提供非常高的損耗正切測(cè)量精度，所以特別適合印刷電路板以及高分子材料的測(cè)試等。傳統(tǒng)的諧振腔法大多都是單點(diǎn)頻的測(cè)試。

       這種測(cè)試方法利用諧振腔在加入被測(cè)材料前后的諧振頻率變化以及品質(zhì)因數(shù)的變化來得到材料的介電常數(shù)等參數(shù)。大部分的諧振腔測(cè)試都是遵循美國材料測(cè)試協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn) ASTM D2520 腔體微擾法進(jìn)行測(cè)量的。

圖：諧振腔體法示意圖

1、頻率范圍：不同的諧振腔測(cè)試頻率不同，可以覆蓋 1.1G~80GHz 之間的標(biāo)志性頻點(diǎn)（一個(gè)諧振腔對(duì)應(yīng)一個(gè)頻點(diǎn)）；多頻點(diǎn)諧振腔可以覆蓋 10G~110GHz 頻率范圍

2、測(cè)試參數(shù)：介電常數(shù)

3、樣品要求：片狀，且厚度均勻已知

（五）弓形反射率法

       弓形反射率法是利用矢網(wǎng)測(cè)出被測(cè)材料的S21，進(jìn)而得到材料在不同角度的反射率，如下圖：

圖：弓形反射率法

       我司提供多種多樣的材料測(cè)試整體解決方案，包括測(cè)試儀表，夾具以及軟件，可以覆蓋固體，液體，粉末，薄膜材料，磁環(huán)等的測(cè)試需求，針對(duì)不同的頻率和材料性質(zhì)，選用不同的測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行測(cè)量，如下圖：

圖：不同材料測(cè)試方法的總結(jié)