介電常數代表了電介質的極化程度(即對電荷的束縛能力)。介電常數越大，對電荷的束縛能力越強。

 

電容器容量隨兩極板之間填充不同的介質而不同，同一種介質的影響是相同的。介質不同，介電常數不同。

介電常數常用測量方法

 

一般來說，目前測量介電常數的常用方法主要包括波導法、諧振腔法、自由空間法和神經網絡法。下面簡要介紹這四種方法的原理、特點和發展現狀等。

 

1、波導法測量介電常數

 

波導法基于經典的NRW傳輸/反射法原理進行測量，通過矢量網絡分析儀(VNA)測得S常數，根據一定算法計算求解出單次的傳輸系數與單次反射系數，并依此求解出待測樣品的介電常數與磁導率。算法求解不涉及超越方程，容易計算推導，但由于傳輸系數的相位模糊性會產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的波導波長。波導法常用于3GHz以上的高頻段測量，測量精度較高，適用于薄片材料測量，但對介質損耗、樣本尺寸、表明平整等要求較高，且裝置結構比較復雜，需SOLT校準。

 

2、諧振腔法測量介電常數

 

諧振腔法的測試原理是通過放置待測介質之前和之后，諧振腔的諧振頻率f與品質因數Q發生的差異，反推出待測介質的介電常數和磁導率。根據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，難以進行精確計算。

 

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、介質諧振器法、高Q值法等，并且不斷有新的方法出現和改善。

 

3、自由空間法測量介電常數

 

自由空間法屬于微波法，測試原理參考傳輸線理論，通過發射天線輻射出電磁波，在自由空間傳播并到達待測介質時，利用電磁波傳輸原理，一部分電磁波在到達待測介質表面時會透射與反射，利用以接收天線為主的接收系統并配合矢量網絡分析測得傳輸和反射系數，并代入后續的算法處理反演推導出待測介質的電磁參數。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，最高頻率可以達到100GHz，適用于超高頻率的毫米波測量，不受待測樣品狀態限制，主要測量液體薄膜等。但系統設計復雜，樣品尺寸大，需對樣品進行切片等處理，只適用于高于3GHz的高頻情況。

 

4、神經網絡法測量介電常數

 

隨著計算機技術發展和大數據網絡的應用，出現了通過神經網絡測量介電常數的方法。其原理是利用大量已知介電常數介質的微波夾具的S參數對神經網絡進行訓練后，利用訓練好的神經網絡對未知介質的介電常數進行分析測量。神經網絡法的核心是基于微波夾具的S參數進行數據的訓練。相對于傳統的介電常數測量方法，神經網絡法結合了微波法和大數據分析法，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參數校準問題，適應性較廣。但由于不是嚴格的解析解，測試精度還需提高。總體來講，基于神經網絡法測量介電常數在工程應用中具有很大發展空間。