PCB介電常數(shù)及介電損耗測試

       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)用來檢測塑料板的特性，用來分析高頻信號完整性的評估等，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)及介電損耗測試：

       高頻特性參數(shù)測試，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。該測試方法利用開路式的同軸探頭，測試時將探頭浸入到液體或者接觸光滑固體平面，高頻信號將入射在探頭與被測材料的接觸面，在這一界面上，高頻信號的反射特性 S11 將會因為材料的介電常數(shù)而發(fā)生變化，如下圖所示。這時可以通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測得 S11，再計算出被測材料的介電常數(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)分析儀測試高頻信號激勵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，并且兩個端面與傳輸線的軸線垂直；樣品長度和測試頻率相關(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材料，這種測試方法將被測材料置于天線之間，通過測量傳輸 S21 或者反射 S11 的高頻信號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)

       一般對于 PCB 基板的測試，多采用諧振腔法，因為諧振腔法可以提供非常高的損耗正切測量精度，所以特別適合印刷電路板以及高分子材料的測試等。傳統(tǒng)的諧振腔法大多都是單點頻的測試。

       這種測試方法利用諧振腔在加入被測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)。大部分的諧振腔測試都是遵循美國材料測試協(xié)會的標(biāo)準(zhǔn) ASTM D2520 腔體微擾法進(jìn)行測量的。

圖：諧振腔體法示意圖

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

2、測試參數(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)測出被測材料的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試整體解決方案，包括測試儀表，夾具以及軟件，可以覆蓋固體，液體，粉末，薄膜材料，磁環(huán)等的測試需求，針對不同的頻率和材料性質(zhì)，選用不同的測試平臺進(jìn)行測量，如下圖：

圖：不同材料測試方法的總結(jié)