PCB介电常数及介电损耗测试

       需要了解介电参数的行业很多，如电子、航天、材料，甚至在农业、食品、医疗都有广泛的应用。PCB行业用来检测塑料板的特性，用来分析高频信号完整性的评估等，航天行业主要分析雷达材料传输特性等，食品行业主要分析保鲜膜食材变质的特性，诸如此类等等。下面介绍下高频材料介电常数及介电损耗测试：

       高频特性参数测试，通常用网络分析仪进行表征，分别有Coaxial Probe (同轴探头法)，Transmission Line (传输线法)，Free-Space (自由空间法)，Resonant Cavity  (谐振腔体法)以及Arch Reflectivity (弓形反射率法)。

（一）Coaxial Probe (同轴探头法)

       同轴探头法可以测试表面光滑且厚度较高的片状固体材料，液体材料，粉末材料等。该测试方法利用开路式的同轴探头，测试时将探头浸入到液体或者接触光滑固体平面，高频信号将入射在探头与被测材料的接触面，在这一界面上，高频信号的反射特性 S11 将会因为材料的介电常数而发生变化，如下图所示。这时可以通过网络分析仪测得 S11，再计算出被测材料的介电常数与损耗角正切等参数。

图：同轴探头法，示意图

1、频率范围：200MHz~50GHz（搭配网络分析仪）；10MHz-3GHz（搭配阻抗仪）

2、测试参数：介电常数

3、样品要求：表面平整的固体，液体或者粉末材料

（二）Transmission Line (传输线法)

       传输线法是将被测材料置于封闭传输线中，传输线可以是同轴传输线或者矩形波导。通过利用网络分析仪测试高频信号激励下传输线的反射特性 S11 和传输特性 S21，从而得到材料的介电常数以及磁导率等结果，如图：

图：Transmission Line (传输线法)示意图

1、频率范围：100MHz~110GHz

2、测试参数：介电常数，磁导率

3、样品要求：可以进行机械加工尺寸形状的样品 (环状或者矩形块状)；表面光滑，并且两个端面与传输线的轴线垂直；样品长度和测试频率相关

（三）Free-Space (自由空间法)

       自由空间法利用天线将微波能量聚集或者穿过被测材料，这种测试方法将被测材料置于天线之间，通过测量传输 S21 或者反射 S11 的高频信号得到材料的介电常数和磁导率，如图所示：

图：Free-Space (自由空间法)示意图

1、频率范围：1GHz~330GHz

2、测试参数：介电常数，磁导率

3、样品要求：扁平状样品，通常低频时需要大尺寸平面，平坦，均匀，厚度已知

（四）Resonant Cavity (谐振腔体法)

       一般对于 PCB 基板的测试，多采用谐振腔法，因为谐振腔法可以提供非常高的损耗正切测量精度，所以特别适合印刷电路板以及高分子材料的测试等。传统的谐振腔法大多都是单点频的测试。

       这种测试方法利用谐振腔在加入被测材料前后的谐振频率变化以及品质因数的变化来得到材料的介电常数等参数。大部分的谐振腔测试都是遵循美国材料测试协会的标准 ASTM D2520 腔体微扰法进行测量的。

图：谐振腔体法示意图

1、频率范围：不同的谐振腔测试频率不同，可以覆盖 1.1G~80GHz 之间的标志性频点（一个谐振腔对应一个频点）；多频点谐振腔可以覆盖 10G~110GHz 频率范围

2、测试参数：介电常数

3、样品要求：片状，且厚度均匀已知

（五）弓形反射率法

       弓形反射率法是利用矢网测出被测材料的S21，进而得到材料在不同角度的反射率，如下图：

图：弓形反射率法

       我司提供多种多样的材料测试整体解决方案，包括测试仪表，夹具以及软件，可以覆盖固体，液体，粉末，薄膜材料，磁环等的测试需求，针对不同的频率和材料性质，选用不同的测试平台进行测量，如下图：

图：不同材料测试方法的总结