微波法测量液体介电常数
聚合物介电常数和介电损耗的测定
聚合物介电常数和介电损耗的测定
聚合物的介电常数和介电损耗是指材料在电场作用下的电学性质。
介电常数描述了材料在电场中的响应能力，介电损耗则表示了
材料在电场中能量的耗散情况。
测定聚合物的介电常数和介电损耗
通常需要进行以下步骤和方法：
1. 介电常数的测定：
静电法，通过测量材料在不同电场下的电容来计算介电常数。
谐振法，利用谐振电路的谐振频率和电容值来计算介电常数。
微波法，利用微波在材料中的传播速度和波长来计算介电常数。
2. 介电损耗的测定：
并联谐振法，利用谐振电路的损耗因子和谐振频率来计算介
电损耗。
阻抗分析法，通过测量材料在不同频率下的阻抗来计算介电
损耗。
热量法，通过测量材料在电场中的温度变化来计算介电损耗。
3. 实验条件：
在测定介电常数和介电损耗时，需要控制温度、湿度和外界
电磁场等因素，以确保实验结果的准确性和可重复性。
4. 数据处理：
对测得的数据进行统计分析和处理，计算出介电常数和介电
损耗的平均值和误差范围。
5. 应用：
了解聚合物的介电常数和介电损耗对于材料在电子器件、电
力设备和电力系统中的应用具有重要意义，可以指导材料的选用和
性能优化。
总的来说，测定聚合物的介电常数和介电损耗需要结合多种方
法和技术，以获得准确可靠的实验结果，并且这些性质的测定对于材料的研究和应用具有重要意义。
(实验室装置)波导法测量介电常数
a
19
介电常数
相对介电常数计算2 4.5Βιβλιοθήκη 43.53
2.5
2
1.5
1
0.5
0
-0.5
2.6
2.8
3
3.2
3.4
3.6
3.8
频 率 （ GHz）
干土的介电常数
a
4
20
误差分析及校正
• 定位误差 信号传输方向上存在空气段
a
21
»
定位误差的校准
波导口处的s参数为
[S ]'
s s
' 1
' 1
1 2
s' 12
• 为了将测量的二端口网络散射参数校准到同轴线的端口，要先使用矢量网络 分析仪的标准件（开路器，短路器，匹配负载，直通）和自带的校准程序进 行校准
a
12
二.同轴波导校准
为了将同轴线两端口的散射参数校准到测量波导的两
个端面，需要进行非标准件和自己编写的校准程序进
行同轴波导校准
•
将两转换头波导口对接：记录此时的s参数，记录为 ‘thru.s2p’
s' 22
，样品两端面的s参数为[ S
• 厚度谐振问题：对于某些频点，即样品长度正好 是半个波导波长的整数倍。 S11-> 0，K值具有极 大不确定性， r 产生尖峰，即厚度谐振，为不确 定值，需要去除。
a
17
推导二：介电常数二
s 2 2 1 2 s s 2 1 2 1 1 1 1 2 T T d d 2 M s 2 2 1 2 s s 2 1 2 1 1 1 T d M M 2 1 T e j
将被测介质作为传输线的一部分，测量负载（被测介质）在传输线（传输 系统）上的行驻波分布，测量其驻波系数，波节点位置（相位），以此计算 负载的反射系数，阻抗，网络参量等，进而实现其介电常数的反演
低频介电常数
低频介电常数低频介电常数是指介质在低频电场作用下的电容率，通常是在Hz或kHz级别下进行测量，用来描述物质对电场的响应能力。
在物理学中，介质是指任何透明的固体、液体或气体，而介电常数则是介电性能的关键指标，影响着电容器、电缆、RFID设备、传感器和其他电子元件的设计和性能。
以下将就低频介电常数的定义、测量和应用等方面进行介绍。
介电常数是物质对电场的响应能力的一种度量，它是介质内部电场与外部电场之比，用式子表示为εr=ε/ε0，其中εr是相对介电常数，ε是介质的电容率，ε0是真空中的电容率。
低频介电常数是在低频电场作用下介质的电容率，是介电性能的基本指标之一，通常受介质的分子极化和离子构成的影响。
低频介电常数的测量通常采用电容测量法，测量电容性能与介质相关的物理量，如介质的厚度、表面积、介质与电极的距离等。
电容测量法通常是将电极置于介质的两端，并将电极与外部的电源连接，测量被测介质的电容值，然后测量空气电容的值，将二者相除获得相对介电常数。
另一种测量低频介电常数的方法是微波测量法。
微波测量法通常是将介质放在H滤波器中，并将射频信号注入H滤波器中，利用相移测量法，就可以测量出介质的相对介电常数。
微波测量法的精度高、测量速度快、不受频率的影响，因此可以测量不同频率下介质的介电常数。
低频介电常数可以影响物质在电场中的排列和行为，因此广泛应用于电容器、电缆、RFID设备、传感器和其他电子元件的设计和性能。
在电容器中，低频介电常数是影响电容器介质的选择的因素之一。
通常选择低频介电常数较高的介质，可以使电容器更容易响应低频电场的作用，并延长电容器的寿命。
在电缆中，低频介电常数与电缆的耦合有关。
电缆的电容值通常是固定值，因此通过选择低频介电常数较小的介质，可以减少电缆的耦合，提高电缆的传输效率。
在RFID设备中，低频介电常数是正常工作的关键之一。
通过选择低频介电常数较高的介质，可以提高RFID设备的读取距离和可靠性。
一种测量微波介质基板复介电常数的方法
一种测量微波介质基板复介电常数的方法吴秉琪;刘长军【摘要】为了测量微波介质基板的复介电常数,提出了一种基于微带线测量的方法.通过使用微带线相关理论模型和电磁场仿真软件计算微带线辐射损耗,编写相应的计算机程序可以测得微波介质基板的复介电常数.在测量中,通过使用除长度外其他参数均相同的2条微带线的测量数据进行计算,减弱了由于实际测量中引入同轴接头而产生的测量误差.对多种常见的微波介质基板进行了测量,结果表明:与标称值相比,介电常数实部误差为1％左右,损耗角正切误差为10％左右,该测量方法切实可行和精确性高.【期刊名称】《应用科技》【年(卷),期】2018(045)004【总页数】4页(P100-103)【关键词】微带线;印刷电路板;微波测量;介电常数测量;损耗角正切;辐射损耗;有效介电常数;宽频带测量【作者】吴秉琪;刘长军【作者单位】四川大学电子信息学院,四川成都610004;四川大学电子信息学院,四川成都610004【正文语种】中文【中图分类】TN972介电常数和损耗角正切是介质基板的重要参数，在天线设计[1-2]与微波电路设计[3-4]中,微波介质基板的介电常数对其性能指标有重要影响。
许多学者已经进行了广泛和深入的研究以测量这2个参数[5-9]。
通过使用2段微带线测量介质基板的介电常数的方法，在文献[10]中最先提出，并用来测量介质基板的实介电常数。
与各种谐振法相比，使用该方法的优点为：减弱了在实际测量中由于使用同轴接头造成的测量误差；可以方便地测量随频率和位置变化而变化的介电常数；可以测量在1个频带范围内的介电常数，即测量是宽带的。
为了实现从测量数据到介质基板介电常数的转化，文献[10]使用了针对多层板的广义频域格林函数法。
本文使用了描述微带线工作特性的精确模型，建立了有效介电常数与介电常数之间的关系，通过编制计算机程序，可以快速准确地求解得到介质基板的介电常数。
本文对使用2条微带线测量实介电常数的方法进行了推广，使其可以用来测量介质基板的损耗角正切值。
材料微波介电常数和磁导率测量
材料微波介电常数和磁导率测量材料的微波介电常数和磁导率是描述材料对微波信号的响应的重要参数。
测量这些参数可以帮助我们了解材料的电磁特性，并为微波技术的应用提供依据。
本文将介绍材料微波介电常数和磁导率的测量方法和原理，并讨论一些常见的测量技术和仪器。
首先，我们来简单介绍一下微波介电常数和磁导率的概念。
微波介电常数是材料在微波频率下的相对介电常数，它描述了材料对电磁波的响应能力。
而微波磁导率则描述了材料对磁场的响应能力。
这两个参数的大小和频率有关，通常在频率范围内都会有变化。
下面我们将介绍一些常见的测量方法和技术。
1.微波谐振腔法：这是一种常用的测量微波介电常数和磁导率的方法。
它基于材料在谐振腔中的反射和透射特性来测量参数。
通过调整腔体的尺寸，可以使谐振频率与待测样品的特性参数相吻合，从而测量其介电常数和磁导率。
2.微波光纤法：这是一种用光纤作为传输介质的测量方法。
通过将光纤与待测材料接触，测量光纤中微波信号的传输特性，可以得到材料的介电常数和磁导率。
3.微波传输线法：这种方法是通过测量待测样品中微波信号传输的衰减和相位变化来获得所需参数。
通过测量微波信号在传输线上的传播特性，可以得到材料的介电常数和磁导率。
4.谐振法：这是一种通过测量材料的谐振特性来获得微波介电常数和磁导率的方法。
通过测量材料在谐振频率附近的谐振响应，可以计算材料的参数。
以上只是一些常见的测量方法和技术，随着科研和技术的发展，新的测量方法和技术也在不断涌现。
当然，不同的测量方法和技术适用于不同的材料和频率范围，需要根据具体的应用需求进行选择。
目前，商业化的仪器和设备也可用于材料微波介电常数和磁导率的测量。
这些设备通常具有较高的测量精度和可靠性，并可适用于不同的材料和频率范围。
一些常见的商业化设备包括矢量网络分析仪、磁场扫描仪、研磨杆和衰减杆等。
总之，材料微波介电常数和磁导率的测量是研究材料电磁特性和应用微波技术的重要手段。
通过合适的测量方法和技术，可以获得准确的参数值，并提供科学研究和工程应用的数据支持。
介电常数常用测量方法综述
介电常数常用测量方法综述来源：互联网摘要：介电常数测量技术在民用，工业以及军事等各个领域应用广泛。
本文主要对介电常数测量的常用方法进行了综合论述。
首先对国家标准进行了对比总结；然后分别论述了几种常用测量方法的基本原理、适用范围、优缺点及发展近况；最后对几种测量方法进行了对比总结，得出结论。
关键词：介电常数；国家标准；常用方法1. 引言介电常数是物体的重要物理性质，对介电常数的研究有重要的理论和应用意义。
电气工程中的电介质问题、电磁兼容问题、生物医学、微波、电子技术、食品加工和地质勘探中，无一不利用到物质的电磁特性，对介电常数的测量提出了要求。
目前对介电常数测量方法的应用可以说是遍及民用、工业、国防的各个领域。
在食品加工行业当中，储藏、加工、灭菌、分级及质检等方面都广泛采用了介电常数的测量技术。
例如，通过测量介电常数的大小，新鲜果蔬品质、含水率、发酵和干燥过程中的一些指标都得到间接体现，此外，根据食品的介电常数、含水率确定杀菌时间和功率密度等工艺参数也是重要的应用之一[1]。
在路基压实质量检测和评价中，如果利用常规的方法，尽管测量结果比较准确，但工作量大、周期长、速度慢且对路面造成破坏。
由于土体的含水量、温度及密度都会对其介电特性产生不同程度的影响，因此可以采用雷达对整个区域进行测试以反算出介电常数的数值，通过分析介电性得到路基的密度及压实度等参数，达到快速测量路基的密度及压实度的目的[2]。
此外，复介电常数测量技术还在水土污染的监测中得到了应用[3]。
并且还可通过对岩石介电常数的测量对地震进行预报[4]。
上面说的是介电常数测量在民用方面的部分应用，其在工业上也有重要的应用。
典型的例子有低介电常数材料在超大规模集成电路工艺中的应用以及高介电常数材料在半导体储存器件中的应用。
在集成电路工艺中，随着晶体管密度的不断增加和线宽的不断减小，互联中电容和电阻的寄生效应不断增大，传统的绝缘材料二氧化硅被低介电常数材料所代替是必然的。
介电常数的测试方法
介电常数的测试方法介电常数的测试方法介电常数（dielectric constant，k）是指介电介质中电场强度和电势的比值，它是一个重要的参数，对电子元件工作有着重要的影响。
以下是介电常数的测试方法：一、常用的介电常数测量仪1、电磁场仪：电磁场仪可以测量介质中的垂直电场强度，从而得到介电常数，但它有一定的精度限制，如测量精度只有10kV/m。
2、微波仪：这是一种测量介电介质介电常数的仪器，它可以通过微波电磁测量来测量介电介质的介电常数，其精度高达10-3。
3、介质折射率仪：它可以测量介质折射率，从而确定介电介质的介电常数，但是其精度也不太高，一般只能达到10-2。
4、驻波比测量仪：它通过测量驻波比来求出介质的介电常数，它具有很高的精度，可以达到10-4。
二、常用的介电常数实验1、电容器实验：通过一定的电压打在一个电容器上，求电容器的容量，从而可以求出介电介质的介电常数。
2、阻抗实验：通过在介电介质中放置一个阻抗元件，再用频谱分析仪测量频率，从阻抗元件的抗谐振特性来求出介质的介电常数。
3、电场强度实验：通过在介质中放置一个电场强度传感器，在电场强度场中求出介质的介电常数。
4、多普勒实验：通过在介质中设置一个多普勒实验装置，通过控制电源来测量多普勒效应，从而求出介电介质的介电常数。
三、其他测试方法1、介电弹簧实验：通过介电弹簧实验来求出介电介质的介电常数。
2、有限元分析：通过有限元分析法来求出介电介质的介电常数，但需要一定的计算机知识。
3、量子力学实验：通过量子力学实验来测量介质的介电常数，但这一实验方法的准确性和精度仍然是有局限性的。
介电常数的测试方法十分多样，确定介电常数时要根据不同的环境、需求等选取不同的测量仪器和实验方法，以准确测量介电介质的介电常数。
平行板谐振法测量微波介质介电常数性能(实验研究报告)
平行板谐振法测量微波介质介电常数性能其中，J 和k 分别为第一类Bessel 函数和修正Bessel 函数, 通过（3）可以求出k ci （采用数值方法，matlab 程序见附录）DXDiTa9E3dspecunon■ 1' -r//////////?二•实验过程测量地参数如下:L = 8.01mm, D = 14.06mm f0 = 4.421401GHz根据（1） -- （4）式，可以求岀；r值，计算地值如下:图 iPost Resonance Technique实验测试装置如图i ,测试样品为圆柱状，放置在两个平行地金属板中，微波功率通过由样品和两个平行金属板组成地腔 体耦合.输入和输岀通过两个天线耦合.在某一频率下，该腔体地 阻抗达到最小，即产生谐振，此时穿过地功率最大 .该腔体地谐振特性可以通过一个矢量网络分析仪来得到直观显 示.b5E2RGbCAP实际测量中，常用TE011模来确定样品地介电性质•因为本 测试装置可以在矢量网络分析仪上产生许多不同模式地谐振 峰，本实验采用TE 011谐振模式（处于第二低地谐振频率处， 最低地谐振频率是HE 仆模式）0EanqFDPw/. 0 =68 mmk c0 =381.20 k& =426.34■. r =39.14计算过程见附录.三•讨论本实验并未讨论损耗角及品质因数地测量，随之地辐射损 耗及电损耗并未讨论.采用此方法，不能精确测量平行板地表面 阻抗［1］，损耗角地测量也不准确；其次，样品地尺寸要求较大， 若对于单晶体，很难制造［1］.可参考文献［2］，有具体地改进方法 本方案地主要优势是计算地公式较完善，且很可靠 .也因此，此方案仍被采用.RTCrpUDGiT本实验主要讨论介电常数地测量，至于电解质损耗和辐射 损耗不做讨论.采用本测试方法地主要优势是需要测量地参数有，样品厚度L 、样品直径D （ D=2a ）和谐振频率f 0电介常数可以通过以下公式计算得到:[1] Sheen J 2005 Study of microwave dielectric properties measurements by variousresonance techniques 5PCzVD7HxA Measurement 37 123-30jLBHrnAILg[2] Sheen J 2008 A dielectric resonator method of measuring dielectric propertiesof low loss materials in the microwave region xHAQX74J0XIOP Science Measurement Science and Technology附录% Author:高永振Date ： 2012-5-3(2)J okci aJ i k d ak c0a Ko (kc0a)k ci a K i k co a(3)(4)^%*****************************************************LDAYtRyKfE%******************* post Resonance Technique****************************“微波测量之特别培养实验课”********一.平行板谐振法测试原理参考文献(i)clear all;%谐TE011模振频率单位HZ%自由空间光速%波长%圆柱介质长度，单位mD = 14.06e-3; %圆柱介质地直径，单位ma = D/2;k_c0 = (2*pi/lambda0)*sqrt((lambda0/2/L)A2 - 1);%以下采用”牛顿迭代法"求解k_ci地值syms k_ci;eps = 1e-6; %精度要求y = besselj(0,k_ci*a).*k_ci.*besselk(1,k_c0*a) +besselj(1,k_ci*a).*... dvzfvkwMIlk_c0*besselk(0,k_c0*a);yy = diff(y,k_ci);k_ci = 420; %赋一迭代初值k_ci1 = k_ci - subs(y,k_ci)./subs(yy,k_ci);while(abs(k_ci1 - k_ci)>=eps)k_ci = k_ci1;k_ci1 = k_ci - subs(y,k_ci)./subs(yy,k_ci);end%最终待求量epsilon」=(lambda0/2/pi)A2*(k_ci A2 + k_c0A2) + 1版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理•版权为个人所有This article includes some parts,in cludi ng text, pictures, and desig n.Copyright is pers onal OWn ership. rqyn14ZNXI用户可将本文地内容或服务用于个人学习、研究或欣赏，以及其他非商业性或非盈利性用途，但同时应遵守著作权法及其他相关法律地规定，不得侵犯本网站及相关权利人地合法权利.除此以外，将本文任何内容或服务用于其他用途时，须征得本人及相关权利人地书面许可，并支付报酬.EmxvxOtOcoUsers may use the contents or services of this article for personal study, research or appreciation, and other non-commercial or non-profit purposes, but at the same time, they shall abide by the provisi ons of copyright law and other releva nt laws, and shall not infringe upon the legitimate rights of this website and its releva nt obligees. In additi on, when any content or service of this article is used for other purposes, writte n permissi on and remun erati on shall be obta ined from the pers on concerned and the releva ntobligee. SixE2yXPq5转载或引用本文内容必须是以新闻性或资料性公共免费信息为使用目地地合理、善意引用，不得对本文内容原意进行曲解、修改，并自负版权等法律责任.6ewMyirQFLReproduction or quotation of the content of this article must be reas on able and good-faith citati on for the use of n ews or in formative public free information. It shall not misinterpret or modify the originalformat long;%实验地基本参数fO = 4.421401e9;c = 3e8;lambdaO = c/fOL = 8.01e-3;inten tio n of the content of thisarticle, and shall bear legalliability such as copyright. kavU42VRUs。
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论文题目：微波法测量液体介电常数
学院：物理学院
姓名：张锦华
年级：2010级
学号：1221410042
液体介电常数的微波测量
一、实验原理
在微波频率范围测量介质材料特性的方法有波导法、谐振腔法和空间波法.其中波导法也称为驻波法或测量线法，较为简便，本实验采用波导反射法测量液体介电常数。
实验装置如图所示：
若介质1是空气，其电容率是01εε=(0ε为真空值)，介质2是被测液体，其电容率是2ε，则液体的介电常数
1202//εεεεε== (1) 电磁波在这两种介质的无限空间中传输速度分别为 0
111
με=
v 0
221
με=
v (2)
由(2)式求得1ε和2ε代入(1)式得
221)/(v v =ε （3）
将f v 11λ=、f v 22λ=和11/2λπ=k 、22/2λπ=k 代入（3）式中得到
2
1
2)(k k =ε （4）
1λ、2λ和1k 、2k 分别为电磁波在两种介质的无限空间中的波长和相应的传输波数，f 为频率。
若电磁波在空气和液体界面之间垂直入射反射系数为
2121//k k k k E E r i r +-== （5）
r E 和i E 分别是反射波和入射波的振幅。
电压驻波比为
()()r r -+=11ρ （6）
对波导传输，波导中的k 值分别为g k 1和g k 2，且我们的情形有g g k k 12>于是
(5)式便成
()()
g g g g k k k k r 1212+-= （7）
利用无限空间和波导内传播系数之间的关系
22121c g k k k +=和2
2222c g k k k +=
（8） c c k λπ/2=，c λ为截止波长，a c 2=λ（a 为波导内径的宽边长)。
将(7)式
代入（6）式得到
g g k k 12=ρ （9） 将(8)式代入（4)式，利用(9)的关系整理得到 ()()
2
12
2
111g c g c λλρλλε++=
（10）
由(10)式可见，只要测得ρ和g 1λ即可求得ε。
在测量中发现随着波导插入液体的深度不同，ρ值有些起伏。
为此需要在几个不同深度(最小深度为5mm)下进行测量，测量晶体检波率做驻波曲线，对ρ取平均；采用交叉读法测量g 1λ值。
测量频率f ，计算出凡g 1λ，将测量值与计算值进行比较。
二、实验数据处理 样品1：乙二醇
第一次
第二次 第三次 max I （A μ）
98.00 90.00 94.00 min I （A μ）
8.00 9.00 10.00 ρ
3.50
3.16
3.07
24.3=ρ
1x =5.35mm 2x =10.00mm 3x =28.10mm 4x =32.70mm
mm x x x x g 725.222
4
3211=--+=
λ
已知，由此将上述数据代入（10）式，可求的62.8=ε 样品2：蒸馏水
第一次 第二次 第三次 max I （A μ）
96.00 90.00 94.00 min I （A μ）
2.00 2.00 1.50 ρ
6.93
6.71
7.92
19.7=ρ
1x =22.70mm 2x =16.90mm 3x =39.90mm 4x =45.55mm
mm x x x x g 925.222
4
3211=--+=
λ
已知，
由此将上述数据代入（10）式，可求的51.41=ε 三、实验反思
最后需要说明的是本实验所用方法要求被测液体样品在液体顶面有足够的反射，而波在第二面的反射可忽略不计(这就要求被测液体足够的深或足够的长)，介质损耗小。
这个实验测量不仅可以作为高校近代物理实验教学，而且对于分子量大的液体物质采用此法测试将非常简便、精确(误差在5%以内)。