介電常數(shù)測量的對比研究

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1、介電常數(shù)汎J量方法的對上匕研究（電磁場與微波測量實驗論文）姓名：Loong龍學號：2013210LLL班級：201321120L班內(nèi)序號：LK2016年5月專業(yè)：電子科學與技術學院：電子工程學院介電常數(shù)測量方法的對比研究Loong龍（班級:20132口201_學號:2013210LLL班內(nèi)序號:LK）摘要：介質材料介電常數(shù)的測量由于其具有與航空航天、新材料的研制、衛(wèi)星遙感以及微波通信等方面密切相關而引起人們越來越多的關注。測量介電常數(shù)的方法很多，通過對大量文獻的調(diào)研，深入了解介電常數(shù)的相關概念，本文從介電常數(shù)的基本概念入手，然后進行國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的介

2、紹，分析各種測量方法的特點。同時融入前沿的測量方法，講述其創(chuàng)新點。關鍵詞：介電常數(shù)、諧振法、非諧振法、時域測量法介電常數(shù)是人們在電路設計、天線設計、電容器設計與制造等過程屮經(jīng)常遇到的一個專業(yè)術語具體來說，在考慮高頻電路板選材時，涉及到卬刷電路板材料的介屯常數(shù)，在設計微帶電路吋回避不了微帶電路基材的介電常數(shù)，在設計微帶天線時涉及到材料的介電常數(shù)，在設計電容器的絕緣填充材料時涉及到填充材料的介電常數(shù)。在上述工作中，如果介電常數(shù)不清楚，則會造成設計工作無法進行下去或者所設計的電路、天線、電容器等性能不可預期因而，深入了解介電常數(shù)的和關概念，對做好實際工作具

3、有重要意義1.介電常數(shù)的基本概念根據(jù)靜電學的研究成果，真空中一個孤立的電荷q會在其周圍產(chǎn)生電場E,當另外的一個試驗電荷q。進入到該電場屮時會受到電場力的作用由電荷q所產(chǎn)生的屯場強度為：￡=”4?r4兀目）r試驗電荷qO在距電荷q的距離為r的點上受到的電場力為:OS4穴①1.~r根據(jù)力的反作用性質，電荷q也同樣受到試驗電荷qO所產(chǎn)生的電場的力的作用且作用力的大小相等方向相反根據(jù)式（1）可知，真空中的介電常數(shù)場表征了孤立屯荷q在給定的距離上產(chǎn)生的電場強度的大小如果將式（1）中的真空條件換為某種電介質，則同樣的孤立電荷q所產(chǎn)生的電場強度將可表示為：在實際

4、應用屮，人們通常將真空屮的介電常數(shù)場選作一個參照，而將電介質的介電常數(shù):與蜀的比值定義成為一個無量綱的相對介電常數(shù)，如式（4）所示：WN1由于真空是一個理想的電介質模型（沒冇原子、分子），所以，在實際電介質中由于束縛電荷效應使原電荷q所產(chǎn)生的電場有所下降的情況在真空中不可能出現(xiàn)因此，針對實際電介質的相對介電常數(shù)總是滿足大于或等于1。介電常數(shù)表示了電荷q在電介質中所產(chǎn)生的電場強度的大小的一個制約因素（除了距離Z外，也是唯一的制約因素）顯然，這種推論在靜電場的情況下是完全可以被接受的，但是若耍將這一推論宜接應用到交變電場的情況似乎還有些不充分交變電場情況

5、下電介質的微觀表現(xiàn)機理與宏觀作用的研究取得了一些成果，但是仍然有待更加深入的研究，也是口前電介質物理、量子物理的重要研究方向和內(nèi)容之一，叮以確認的是電介質的介電常數(shù)所表征的屬性在交變電場的情況下也會對交變電場產(chǎn)牛影響比如，交變電場在電介質中的傳播速度會降低，頻率不變，波長會變短（電磁傳播理論）并月?介電常數(shù)越大，相應的改變也會越大。從嚴格的意義上來說，電介質的介屯常數(shù)是溫度、濕度、工作頻率的函數(shù)在交變電磁場環(huán)境應用屮，介電常數(shù)通常用復介電常數(shù)（考慮了損耗因素）來表示但在大量的實際應用屮，尤其是一些工程設計屮我們?nèi)匀粚㈦娊橘|的介電常數(shù)當作一個常數(shù)來考慮

6、.實際應用中，最理想的電介質是真空，但是真空的介電常數(shù)自些偏小，而且僅適合于開放的電磁場應用面對選擇高頻印刷電路板基板材料、電容器填充材料、微帶電路基板材料、天線基板材料等應用，通常希望有更大的介電常數(shù)，由此帶來的好處是可以利用介質中波長的縮短來減小設備的尺寸從材料的其他特質來說，一般均要求材料的雜質盡可能?。蓛有p小介質的損耗特性），材料的特性盡可能均勻一致等。下圖給出了電介質介電常數(shù)隨頻率而變化的宏觀特點，在實際應用中具冇一定的參考意義需要特別指出的是，在實際應用中，通常所涉及到的工作頻率范圍僅是上圖屮頻率軸的非常窄小的一部分。圖1.介電常數(shù)與

7、頻率的關系圖從介電常數(shù)的測量來說，也與頻率有著較為密切的關系，一方面是每一種測量方而均存在著測量謀差，另i方而是每種測量方法也存在著適應的工作頻率的范圍直流狀態(tài)測量的介電常數(shù)一般要較高頻吋的介電常數(shù)略微偏大一點。2.介電常數(shù)的常見測量方法在微波技術快速發(fā)展的現(xiàn)代，航空航犬、軍事民用、數(shù)字通信、科學研究等領域對微波元器件的需求越來越多，準確測量電介質材料的介電常數(shù)對將來的研究和應用有著深遠的意義，早已成為國內(nèi)外人們研究的課題。目前國內(nèi)外己經(jīng)涌現(xiàn)出很多種測量介電常數(shù)的理論和方法，最早在1929年就有測介電常數(shù)的概念了，縱觀這些方法，總的可以分為非諧振法和

8、諧振法，他們都是測量介電常數(shù)非常有效的方法，隨著技術水平和設備的越來越先進，測量的精度也越來越高O2.1基本