1.引言

介電常數(shù)是物體的重要物理性質(zhì)，對(duì)介電常數(shù)的研究有重要的理論和應(yīng)用意義。電氣工程中的電介質(zhì)問(wèn)題、電磁兼容問(wèn)題、生物醫(yī)學(xué)、微波、電子技術(shù)、食品加工和地質(zhì)勘探中，無(wú)一不利用到物質(zhì)的電磁特性，對(duì)介電常數(shù)的測(cè)量提出了要求。目前對(duì)介電常數(shù)測(cè)量方法的應(yīng)用可以說(shuō)是遍及民用、工業(yè)、國(guó)防的各個(gè)領(lǐng)域。

在食品加工行業(yè)當(dāng)中，儲(chǔ)藏、加工、滅菌、分級(jí)及質(zhì)檢等方面都廣泛采用了介電常數(shù)的測(cè)量技術(shù)。例如，通過(guò)測(cè)量介電常數(shù)的大小，新鮮果蔬品質(zhì)、含水率、發(fā)酵和干燥過(guò)程中的一些指標(biāo)都得到間接體現(xiàn)，此外，根據(jù)食品的介電常數(shù)、含水率確定殺菌時(shí)間和功率密度等工藝參數(shù)也是重要的應(yīng)用之一[1]。

在路基壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)和評(píng)價(jià)中，如果利用常規(guī)的方法，盡管測(cè)量結(jié)果比較準(zhǔn)確，但工作量大、周期長(zhǎng)、速度慢且對(duì)路面造成破壞。由于土體的含水量、溫度及密度都會(huì)對(duì)其介電特性產(chǎn)生不同程度的影響，因此可以采用雷達(dá)對(duì)整個(gè)區(qū)域進(jìn)行測(cè)試以反算出介電常數(shù)的數(shù)值，通過(guò)分析介電性得到路基的密度及壓實(shí)度等參數(shù)，達(dá)到快速測(cè)量路基的密度及壓實(shí)度的目的[2]。此外，復(fù)介電常數(shù)測(cè)量技術(shù)還在水土污染的監(jiān)測(cè)中得到了應(yīng)用[3]。并且還可通過(guò)對(duì)巖石介電常數(shù)的測(cè)量對(duì)地震進(jìn)行預(yù)報(bào)[4]。

上面說(shuō)的是介電常數(shù)測(cè)量在民用方面的部分應(yīng)用，其在工業(yè)上也有重要的應(yīng)用。典型的例子有低介電常數(shù)材料在超大規(guī)模集成電路工藝中的應(yīng)用以及高介電常數(shù)材料在半導(dǎo)體儲(chǔ)存器件中的應(yīng)用。在集成電路工藝中，隨著晶體管密度的不斷增加和線寬的不斷減小，互聯(lián)中電容和電阻的寄生效應(yīng)不斷增大，傳統(tǒng)的絕緣材料二氧化硅被低介電常數(shù)材料所代替是必然的。目前Applied Materials的Black Diamond作為低介電常數(shù)材料，已經(jīng)應(yīng)用于集成電路的商業(yè)化生產(chǎn)[5]。在半導(dǎo)體儲(chǔ)存器件中，利用高介電常數(shù)材料能夠解決半導(dǎo)體器件尺寸縮小而導(dǎo)致的柵氧層厚度極限的問(wèn)題，同時(shí)具備特殊的物理特性，可以實(shí)現(xiàn)具有特殊性能的新器件[6]。在軍事方面，介電常數(shù)測(cè)量技術(shù)也廣泛應(yīng)用于雷達(dá)和各種特殊材料的制造與檢測(cè)當(dāng)中。

對(duì)介電常數(shù)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用可以說(shuō)是不勝枚舉。介電常數(shù)的測(cè)量技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于民用、工業(yè)和國(guó)防各個(gè)領(lǐng)域，并且有發(fā)展的空間和必要性。我們對(duì)測(cè)量介電常數(shù)的方法進(jìn)行總結(jié)，能更清晰的認(rèn)識(shí)測(cè)量方法的現(xiàn)狀，為某些應(yīng)用提供一種可能適合的方法，是有一定理論和工程應(yīng)用意義的。

2.介電常數(shù)測(cè)量方法綜述

介電常數(shù)的測(cè)量按材質(zhì)分類可以分為對(duì)固體、液體、氣體以及粉末(顆粒)的測(cè)量[7]。固體電介質(zhì)在測(cè)量時(shí)應(yīng)用最為廣泛，通常可以分為對(duì)固定形狀大小的固體和對(duì)形狀不確定的固體的測(cè)量。相對(duì)于固體，液體和氣體的測(cè)試方法較少。對(duì)于液體，可以采用波導(dǎo)反射法測(cè)量其介電常數(shù)，誤差在5%左右[8]。此外國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中給出了在90℃、工頻條件下測(cè)量液體損耗角正切及介電常數(shù)的方法[9]。對(duì)于氣體，具體測(cè)試方法少且精度都不十分高。文獻(xiàn)[10]中給出一種測(cè)量方法，以測(cè)量共振頻率為基礎(chǔ)，在LC串聯(lián)諧振電路中產(chǎn)生震蕩，利用數(shù)字頻率計(jì)測(cè)量諧振頻率，不斷改變壓強(qiáng)和記錄當(dāng)前壓強(qiáng)下諧振頻率，最后用作圖或者一元線性回歸法處理數(shù)據(jù)，得到電容變化率進(jìn)而計(jì)算出相對(duì)介電常數(shù)。

表1是測(cè)量固體介電常數(shù)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法(不包括廢止的方法)及其對(duì)頻率、介電常數(shù)范圍、材料等情況的要求。

表1. 測(cè)量固體介電常數(shù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法[9,11-25]

如表1所示，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)對(duì)微擾法和開式腔法的過(guò)程做了詳細(xì)介紹，然而對(duì)適用頻率和介電常數(shù)的范圍都有所限制。所以在不同材料，不同頻率的情況下，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也給出了相應(yīng)的具體測(cè)量方法。可見(jiàn)，上面所分析的方法并不是可以隨便套用的。在不同的系統(tǒng)、測(cè)量不同的材料、所要求的頻率不同的情況下，需要對(duì)其具體問(wèn)題具體分析，這樣才能得出最準(zhǔn)確的方法。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法覆蓋的頻率為50 MHz以下和100 MHz到30 GHz，可以說(shuō)是一個(gè)較廣的頻率覆蓋范圍，但是不同范圍適用的材料和環(huán)境等都有所不同。介電常數(shù)的覆蓋范圍是2到100，接近1的介電常數(shù)和較高介電常數(shù)的測(cè)量方法比較稀缺，損耗普遍在10-3到10-4的數(shù)量級(jí)上。

3.測(cè)量介電常數(shù)的幾種主要方法

從總體來(lái)說(shuō)，目前測(cè)量介電常數(shù)的方法主要有集中電路法、傳輸線法、諧振法、自由空間波法等等。其中，傳輸線法、集中電路法、諧振法等屬于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量方法，測(cè)量通常是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，要求具有相應(yīng)的樣品采集技術(shù)。另外對(duì)于已知介電常數(shù)材料發(fā)泡后的介電常數(shù)通常用經(jīng)驗(yàn)公式得到[26]。下面，分別對(duì)這幾種方法的原理、特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀等做分別闡述。

3.1.集中電路法

集中電路法是一種在低頻段將有耗材料填充電容，利用電容各參數(shù)以及測(cè)量得到的導(dǎo)納推出介電常數(shù)的一種方法。其原理公式為：

?(1)

其中，Y為導(dǎo)納，A為電容面積，d為極板間距離，ε0為空氣介電常數(shù)，ω為角頻率。

為了測(cè)量導(dǎo)納，通常用并聯(lián)諧振回路測(cè)出Q值(品質(zhì)因數(shù))和頻率，進(jìn)而推出介電常數(shù)。由于其最高頻率會(huì)受到最小電感的限制，這種方法的最高頻率一般是100 MHz。最小電感一般為10 nHz左右。如果電感過(guò)小，高頻段雜散電容影響太大。如果頻率過(guò)高，則會(huì)形成駐波，改變諧振頻率同時(shí)輻射損耗驟然增加。但這種方法并不適用于低損材料。因?yàn)檫@種方法能測(cè)得的Q值只有200左右，使用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)得tanδ也只在10-4左右。這種方法不但準(zhǔn)確度不高，而且只能測(cè)量較低頻率，在現(xiàn)有通信應(yīng)用要求下已不經(jīng)常應(yīng)用。

3.2.傳輸線法

傳輸線法是網(wǎng)絡(luò)法的一種，是將介質(zhì)置入測(cè)試系統(tǒng)適當(dāng)位置作為單端口或雙端口網(wǎng)絡(luò)。雙端口情況下，通過(guò)測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的s參數(shù)來(lái)得到微波的電磁參數(shù)。圖1為雙端口傳輸線法的原理示意圖。

圖1. 雙端口傳輸線法原理示意圖

傳輸系數(shù)用Γs表示，為

?(2)

其中，Γ表示空氣樣品的反射系數(shù)，γ為傳播系數(shù)，l為樣品長(zhǎng)度。反射系數(shù)可以表示為

?(3)

其中f0是無(wú)樣品時(shí)傳輸線的截止頻率，對(duì)于TEM模傳輸線，f0=0。γ表示為

?(4)

可以求出：

?(5)

其中ΓB為反射系數(shù)。

同時(shí)測(cè)量傳輸系數(shù)或者反射系數(shù)的相位和幅度，改變樣品長(zhǎng)度或者測(cè)量頻率，測(cè)出這時(shí)的幅度響應(yīng)，聯(lián)立方程組就能夠求出相對(duì)介電常數(shù)。

單端口情況下，通過(guò)測(cè)量復(fù)反射系數(shù)Γ來(lái)得到材料的復(fù)介電常數(shù)。因此常見(jiàn)的方法有填充樣品傳輸線段法、樣品填充同軸線終端法和將樣品置于開口傳輸線終端測(cè)量的方法[27]。第一種方法通過(guò)改變樣品長(zhǎng)度及測(cè)量頻率來(lái)測(cè)量幅度響應(yīng)，求出εr。這種方法可以測(cè)得傳輸波和反射波極小點(diǎn)隨樣品長(zhǎng)度及頻率的變換，同時(shí)能夠避免復(fù)超越方程和的迭代求解。但這一種方法僅限于低、中損耗介質(zhì)，對(duì)于高損耗介質(zhì)，樣品中沒(méi)有多次反射。傳輸線法適用于εr較大的固體及液體，而對(duì)于εr比較小的氣體不太適用。

早在2002年用傳輸反射法就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)任意厚度的樣品在任意頻率上進(jìn)行復(fù)介電常數(shù)的穩(wěn)定測(cè)量。NRW T/R法(即基于傳輸/反射參數(shù)的傳輸線法)的優(yōu)勢(shì)是簡(jiǎn)單、精度高并且適用于波導(dǎo)和同軸系統(tǒng)。但該方法在樣品厚度是測(cè)量頻率對(duì)應(yīng)的半個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)并不穩(wěn)定。同時(shí)此方法存在著多值問(wèn)題，通常選擇不同頻率或不同厚度的樣品進(jìn)行測(cè)量較浪費(fèi)時(shí)間并且不方便。此外就是對(duì)于極薄的材料不能進(jìn)行高精度測(cè)量[28]。反射法測(cè)量介電常數(shù)的最早應(yīng)用是Decreton和Gardial在1974年通過(guò)測(cè)量開口波導(dǎo)系統(tǒng)的反射系數(shù)推導(dǎo)出待測(cè)樣品的介電常數(shù)。同軸反射法是反射法的推廣和深化，即把待測(cè)樣品等效為兩端口網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量該網(wǎng)絡(luò)的散射系數(shù)，據(jù)此測(cè)試出材料的介電常數(shù)。結(jié)果顯示，同軸反射法在測(cè)量高損耗材料介電常數(shù)上有一定可行性，可以測(cè)量和計(jì)算大多數(shù)高損耗電介質(zhì)的介電常數(shù)，對(duì)諧振腔法不能測(cè)量高損耗材料介電常數(shù)的情況有非常大的補(bǔ)充應(yīng)用價(jià)值[29]。

2006年又提出了一種測(cè)量低損耗薄膜材料介電常數(shù)的標(biāo)量法。該方法運(yùn)用了傳輸線法測(cè)量原理，首先測(cè)量待測(cè)介質(zhì)損耗，間接得出反射系數(shù)，然后由反射系數(shù)與介電常數(shù)的關(guān)系式推出介質(zhì)的介電常數(shù)。其薄膜可以分為低損耗、高損耗和高反射三類，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了三種薄膜的損耗隨頻率改變基本呈相同的變化趨勢(shì)，高頻稍有差別，允許誤差范圍內(nèi)可近似。該方法切實(shí)可行，但不適用于測(cè)量表面粗糙的介質(zhì)[30]。近幾年有人提出了新的確定Ka波段毫米波損耗材料復(fù)介電常數(shù)的磁導(dǎo)率的測(cè)量方法并給出了確定樣品的復(fù)介電常數(shù)及磁導(dǎo)率的散射方程。此方法有下列優(yōu)點(diǎn)：1) 計(jì)算復(fù)介電常數(shù)及磁導(dǎo)率方程組是去耦合的，不需要迭代；2) 被測(cè)量的頻率范圍比較寬；3) 與傳統(tǒng)方法相比消除了介電常數(shù)測(cè)量對(duì)樣品長(zhǎng)度和參考面的位置的依賴性；4) 消除了NRW方法在某些頻點(diǎn)測(cè)量的不確定性[31]。還有人將橢圓偏振法的電磁頻譜從可見(jiàn)光、紅外光擴(kuò)展到毫米波段。橢圓偏振法用測(cè)量樣品反射波或者投射波相對(duì)于入射波偏振狀態(tài)的改變來(lái)計(jì)算光電特性和幾何參數(shù)。毫米波橢圓偏振法得到的復(fù)介電常數(shù)的虛部比實(shí)部低，即計(jì)算得到的虛部有一定誤差，但它對(duì)橢圓偏振法的進(jìn)一步研究提供了重要的參考依據(jù)[32]。

3.3.諧振法

諧振法是將樣品作為諧振結(jié)構(gòu)的一部分來(lái)測(cè)量介電常數(shù)的方法，分為微擾法、全部填充諧振器空間的方法以及部分填充諧振器空間的方法。全部填充可以用公式(6)來(lái)計(jì)算

?(6)

其中ε’是復(fù)介電常數(shù)實(shí)部，ε’’是復(fù)介電常數(shù)虛部，Q是品質(zhì)因數(shù)，tanδ是損耗角正切，f0是無(wú)樣品時(shí)的諧振頻率。

部分填充主要是為了減小樣品尺寸以及材料對(duì)于諧振器參數(shù)的影響，難以進(jìn)行精確地計(jì)算，一般用于矯正。

微擾法要求相對(duì)較小的尺寸，并且相對(duì)頻偏要小于0.001，這種情況下其具體尺寸形狀可用填充因子s表示：

?(7)

其中f0是無(wú)樣品時(shí)的諧振頻率，QL是品質(zhì)因數(shù)，εr是相對(duì)介電常數(shù)，A(εr)是聯(lián)系相對(duì)介電常數(shù)以及微擾腔參數(shù)的函數(shù)。

此時(shí)不論形狀尺寸如何，只要得到填充因子s即可方便求出相對(duì)介電常數(shù)。利用此方法可以測(cè)量幾乎所有的材料的介電常數(shù)，但是在校準(zhǔn)時(shí)要求采用同一形狀。在頻率上區(qū)分，當(dāng)頻率高于1 GHz時(shí)，可以用波導(dǎo)腔測(cè)量介電常數(shù)，但是當(dāng)頻率高于10 GHz時(shí)，由于基模腔太小等原因，對(duì)于介電常數(shù)的測(cè)量提出了新的挑戰(zhàn)。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腔法等。近年來(lái)對(duì)于諧振法又有新的方法不斷出現(xiàn)和改善。

圓柱腔測(cè)量介電常數(shù)法是我國(guó)在1987年推出的測(cè)量介電常數(shù)的方法，經(jīng)過(guò)了對(duì)測(cè)試夾具的研究和開發(fā)及對(duì)開縫腔體的研究，測(cè)試結(jié)果更為準(zhǔn)確。其頻率測(cè)試范圍大約為1~10 GHz[33]。此外，關(guān)于開放腔方法的改進(jìn)也非常全面和成熟。開放腔方法中廣泛應(yīng)用了兩塊很大平型金屬板中圓柱介質(zhì)構(gòu)成截止開腔的方法，其對(duì)于相對(duì)介電常數(shù)εr的測(cè)量相對(duì)準(zhǔn)確，但對(duì)于損耗角tanβ的測(cè)量誤差比較大。2006年有人提出截止波導(dǎo)介質(zhì)腔測(cè)量介電常數(shù)，可同時(shí)測(cè)量微波損耗和介電常數(shù)，但只能夠用來(lái)測(cè)量相對(duì)介電常數(shù)大于10的樣品[34]。同時(shí)，因?yàn)槠叫邪彘_式腔法會(huì)有一部分能量順著饋線和上下金屬板之間的結(jié)構(gòu)傳輸形成輻射損耗，有人提出通過(guò)在饋電側(cè)上下金屬板間增加短路板用來(lái)阻止輻射損耗，并且設(shè)計(jì)制作了相應(yīng)系統(tǒng)，可以通過(guò)單端口工作，對(duì)圓柱形介質(zhì)進(jìn)行測(cè)試[35]。近兩年出現(xiàn)了很多對(duì)于開式腔的改進(jìn)和發(fā)展。由三十八所和東南大學(xué)合作的開式腔法自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，不僅操作簡(jiǎn)便，而且其測(cè)量的相對(duì)介電常數(shù)以及損耗正切的不確定度小于0.17%和20.4%。此外有人提出準(zhǔn)光腔法在毫米波和亞毫米波中的應(yīng)用有高Q值、使用簡(jiǎn)便、不損傷薄膜、靈敏度高、樣品放置容易、能檢測(cè)大面積介質(zhì)復(fù)介電常數(shù)均勻性等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，但依然只能在若干分離頻率點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量[36]。

總而言之，諧振法基本可以測(cè)量所有頻率范圍內(nèi)的材料的介電常數(shù)，但是現(xiàn)有方法中對(duì)毫米波范圍研究居多；具有單模性能好、Q值高、腔加工和樣品準(zhǔn)備簡(jiǎn)單、操作方便以及測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)；但是對(duì)于損耗正切的測(cè)量一直不能十分準(zhǔn)確，同時(shí)一般只能在幾個(gè)分離的頻率點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量；同時(shí)因?yàn)橹C振頻率和固有品質(zhì)可以較準(zhǔn)確測(cè)量，非常適用于對(duì)低損耗介質(zhì)材料的測(cè)量。諧振法的技術(shù)已經(jīng)比較完善，但是依然有不足之處：如何確保單頻點(diǎn)法的腔長(zhǎng)精確性長(zhǎng)期被忽略；提取相對(duì)介電常數(shù)的超越方程存在多值解；依然有較多誤差源等[37]。

3.4.自由空間法

自由空間法其實(shí)也可算是傳輸線法。它的原理可參考線路傳輸法，通過(guò)測(cè)得傳輸和反射系數(shù)，改變樣品數(shù)據(jù)和頻率來(lái)得到介電常數(shù)的數(shù)值。圖2為其示意圖。

圖2. 自由空間法原理示意圖

自由空間法與傳輸線法有所不同。傳輸線法要求波導(dǎo)壁和被測(cè)材料完全接觸，而自由空間法克服了這個(gè)缺點(diǎn)[38]。自由空間法保存了線路傳輸法可以測(cè)量寬頻帶范圍的優(yōu)點(diǎn)。自由空間法要求材料要有足夠的損耗，否則會(huì)在材料中形成駐波并且引起誤差。因此，這種方法只適用于高于3 GHz的高頻情況。其最高頻率可以達(dá)到100 GHz。

3.5.六端口測(cè)量技術(shù)

另外，還有一種方法為六端口測(cè)量技術(shù)。其測(cè)量系統(tǒng)如圖3。

圖3. 六端口測(cè)量系統(tǒng)

在未填充介質(zhì)樣品時(shí)，忽略波導(dǎo)損耗，短路段反射系數(shù)Γl0= -1，參考面反射系數(shù)為

?(8)

其中β0為空氣波導(dǎo)中的傳播常數(shù)。

將介質(zhì)緊貼電路板填充，測(cè)得反射系數(shù)Γ1，有

?(9)

由傳輸線理論可知

?(10)

用Zoε表示樣品填充波導(dǎo)的特性阻抗，γ為其復(fù)傳播常數(shù)，則樣品由終端短路，有

?(11)

由(8)-(11)式消去s參數(shù)得到

?(12)

其中，在波導(dǎo)中對(duì)于主模TE10，，帶入式整理得到

?(13)

其中γ=α+jβ，α是介質(zhì)填充波導(dǎo)的衰減常數(shù)，β是介質(zhì)填充波導(dǎo)的相位常數(shù)，解上述方程(13)得出α、β，代入下列公式。

?(14)

?(15)

即求出相對(duì)介電常數(shù)ε以及介質(zhì)損耗正切tanβ。其中λ0是自由空間的波長(zhǎng)，a是波導(dǎo)寬邊尺寸[39]。

六端口技術(shù)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)微波自動(dòng)測(cè)量技術(shù)，具有造價(jià)低廉和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。目前六端口技術(shù)廣泛應(yīng)用于安全防護(hù)、微波計(jì)量和工業(yè)在線測(cè)量中。六端口技術(shù)是一種通過(guò)測(cè)量標(biāo)量來(lái)替代測(cè)量矢量的方法，用對(duì)幅度的測(cè)量來(lái)替代對(duì)相位的測(cè)量[40]。因此其對(duì)設(shè)備精度和復(fù)雜度的要求都有所下降。同時(shí)六端口技術(shù)在與計(jì)算機(jī)控制接口連接的實(shí)現(xiàn)上顯現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢(shì)，有利于微波阻抗和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的自動(dòng)測(cè)量。

早在20世紀(jì)90年代，我國(guó)的學(xué)術(shù)界就提出了許多校驗(yàn)方法，并設(shè)計(jì)出了精度較高的自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，提出了選用測(cè)量低損耗介質(zhì)的微波探頭的建議[41,42]。最近幾年六端口技術(shù)仍在不斷地發(fā)展和完善。學(xué)術(shù)界提出了許多新的解超越方程的方法。同時(shí)開始采用Matlab解超越方程，采用Labview做人機(jī)界面，將Matlab嵌入其中[43]。總而言之，六端口網(wǎng)絡(luò)可以在寬頻率范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，目前NIsT實(shí)驗(yàn)室的六端口系統(tǒng)可以測(cè)量10 MHz到100 GHz的頻率范圍；六端口網(wǎng)絡(luò)具有較高的精度，對(duì)s參數(shù)的測(cè)量可以達(dá)到點(diǎn)頻手動(dòng)測(cè)量的水準(zhǔn)；與自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分析儀比較，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，體積小；可以通過(guò)計(jì)算機(jī)及其軟件對(duì)測(cè)量進(jìn)行優(yōu)化和計(jì)算，更利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

3.6.測(cè)量方法總結(jié)

將上述方法的適用場(chǎng)合、優(yōu)缺點(diǎn)可以簡(jiǎn)單總結(jié)成表2。

表2. 測(cè)量介電常數(shù)方法總結(jié)

4.結(jié)論

介電常數(shù)的測(cè)量技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，其測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)也十分明確。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中能夠測(cè)量的頻率范圍已經(jīng)覆蓋50 MHz以下及100 M到30 GHz。但是其對(duì)測(cè)試材料種類以及介電常數(shù)和損耗角的數(shù)值范圍有明確規(guī)定，使得各種標(biāo)準(zhǔn)能夠應(yīng)用的范圍不是很廣泛。而就測(cè)量方法而言，幾種主要的測(cè)量方法各有利弊。集中電路法適用于低頻情況；傳輸線法頻率覆蓋范圍較廣，適用于介電常數(shù)較大的材料，其多數(shù)方法對(duì)于高損和薄膜等材料不太適用，方法簡(jiǎn)單準(zhǔn)確；諧振法只能在有限頻率點(diǎn)下進(jìn)行測(cè)量，適用于低損材料，方法簡(jiǎn)單準(zhǔn)確、單模性好；自由空間法準(zhǔn)確性相對(duì)較差，但是可以實(shí)現(xiàn)實(shí)地測(cè)量；六端口網(wǎng)絡(luò)法精度高，六端口網(wǎng)絡(luò)造價(jià)低廉，頻率覆蓋范圍廣，更適用于以后多種多樣的測(cè)量情況的需要，但是沒(méi)有具體的標(biāo)準(zhǔn)可以參考。可見(jiàn)，并不存在一種方法可以完全代替其他方法，不同的方法都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在不同的情況下選擇具體的方法是十分有必要的。

5.結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)今介電常數(shù)的測(cè)量技術(shù)現(xiàn)在正在不斷進(jìn)步和日益完善，對(duì)于其測(cè)量方法的總結(jié)是希望讀者對(duì)其有更加清晰系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)并且能遇見(jiàn)未來(lái)可能的發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)然，不同的工程要求和實(shí)驗(yàn)環(huán)境要有具體的測(cè)量方法，不可以照葫蘆畫瓢，生搬硬套。相信隨著電子科技和通信行業(yè)的發(fā)展，會(huì)有更多更好的測(cè)量介電常數(shù)的方法出現(xiàn)，為我們的日常生活、工業(yè)發(fā)展和軍事進(jìn)步做出更重大的貢獻(xiàn)。