介電常數(shù)代表了電介質(zhì)的極化程度(即對(duì)電荷的束縛能力)。介電常數(shù)越大，對(duì)電荷的束縛能力越強(qiáng)。

 

電容器容量隨兩極板之間填充不同的介質(zhì)而不同，同一種介質(zhì)的影響是相同的。介質(zhì)不同，介電常數(shù)不同。

介電常數(shù)常用測量方法

 

一般來說，目前測量介電常數(shù)的常用方法主要包括波導(dǎo)法、諧振腔法、自由空間法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。下面簡要介紹這四種方法的原理、特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀等。

 

1、波導(dǎo)法測量介電常數(shù)

 

波導(dǎo)法基于經(jīng)典的NRW傳輸/反射法原理進(jìn)行測量，通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)測得S常數(shù)，根據(jù)一定算法計(jì)算求解出單次的傳輸系數(shù)與單次反射系數(shù)，并依此求解出待測樣品的介電常數(shù)與磁導(dǎo)率。算法求解不涉及超越方程，容易計(jì)算推導(dǎo)，但由于傳輸系數(shù)的相位模糊性會(huì)產(chǎn)生多值解和厚度諧振問題，故需要選擇合適的樣品厚度，一般厚度取1/4的波導(dǎo)波長。波導(dǎo)法常用于3GHz以上的高頻段測量，測量精度較高，適用于薄片材料測量，但對(duì)介質(zhì)損耗、樣本尺寸、表明平整等要求較高，且裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需SOLT校準(zhǔn)。

 

2、諧振腔法測量介電常數(shù)

 

諧振腔法的測試原理是通過放置待測介質(zhì)之前和之后，諧振腔的諧振頻率f與品質(zhì)因數(shù)Q發(fā)生的差異，反推出待測介質(zhì)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。根據(jù)填充程度的不同可分為微擾法、部分填充法和全部填充法。微擾法的測量簡單易行，適用于較小尺寸、較低介電常數(shù)值和低損耗材料如液體、粉末等的測量，測試精度高。部分填充法一般用于矯正，難以進(jìn)行精確計(jì)算。

 

諧振法的具體方法有很多，如矩形腔法、諧振腔微擾法、微帶線諧振器法、帶狀線諧振器法、介質(zhì)諧振器法、高Q值法等，并且不斷有新的方法出現(xiàn)和改善。

 

3、自由空間法測量介電常數(shù)

 

自由空間法屬于微波法，測試原理參考傳輸線理論，通過發(fā)射天線輻射出電磁波，在自由空間傳播并到達(dá)待測介質(zhì)時(shí)，利用電磁波傳輸原理，一部分電磁波在到達(dá)待測介質(zhì)表面時(shí)會(huì)透射與反射，利用以接收天線為主的接收系統(tǒng)并配合矢量網(wǎng)絡(luò)分析測得傳輸和反射系數(shù)，并代入后續(xù)的算法處理反演推導(dǎo)出待測介質(zhì)的電磁參數(shù)。該方法具有非接觸特性和非損壞性，適合高溫測試，測量頻帶范圍寬，最高頻率可以達(dá)到100GHz，適用于超高頻率的毫米波測量，不受待測樣品狀態(tài)限制，主要測量液體薄膜等。但系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，樣品尺寸大，需對(duì)樣品進(jìn)行切片等處理，只適用于高于3GHz的高頻情況。

 

4、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法測量介電常數(shù)

 

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展和大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，出現(xiàn)了通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測量介電常數(shù)的方法。其原理是利用大量已知介電常數(shù)介質(zhì)的微波夾具的S參數(shù)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練后，利用訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)未知介質(zhì)的介電常數(shù)進(jìn)行分析測量。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的核心是基于微波夾具的S參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的訓(xùn)練。相對(duì)于傳統(tǒng)的介電常數(shù)測量方法，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法結(jié)合了微波法和大數(shù)據(jù)分析法，簡化了測試難度，靈活性高，可以有效避免求解過程中的多值問題、S參數(shù)校準(zhǔn)問題，適應(yīng)性較廣。但由于不是嚴(yán)格的解析解，測試精度還需提高?？傮w來講，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法測量介電常數(shù)在工程應(yīng)用中具有很大發(fā)展空間。