介电常数测量的对比研究

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1、介电常数汎J量方法的对上匕研究（电磁场与微波测量实验论文）姓名：Loong龙学号：2013210LLL班级：201321120L班内序号：LK2016年5月专业：电子科学与技术学院：电子工程学院介电常数测量方法的对比研究Loong龙（班级:20132口201_学号:2013210LLL班内序号:LK）摘要：介质材料介电常数的测量由于其具有与航空航天、新材料的研制、卫星遥感以及微波通信等方面密切相关而引起人们越来越多的关注。测量介电常数的方法很多，通过对大量文献的调研，深入了解介电常数的相关概念，本文从介电常数的基本概念入手，然后进行国内外研究现状的介

2、绍，分析各种测量方法的特点。同时融入前沿的测量方法，讲述其创新点。关键词：介电常数、谐振法、非谐振法、时域测量法介电常数是人们在电路设计、天线设计、电容器设计与制造等过程屮经常遇到的一个专业术语具体来说，在考虑高频电路板选材时，涉及到卬刷电路板材料的介屯常数，在设计微带电路吋回避不了微带电路基材的介电常数，在设计微带天线时涉及到材料的介电常数，在设计电容器的绝缘填充材料时涉及到填充材料的介电常数。在上述工作中，如果介电常数不清楚，则会造成设计工作无法进行下去或者所设计的电路、天线、电容器等性能不可预期因而，深入了解介电常数的和关概念，对做好实际工作具

3、有重要意义1.介电常数的基本概念根据静电学的研究成果，真空中一个孤立的电荷q会在其周围产生电场E,当另外的一个试验电荷q。进入到该电场屮时会受到电场力的作用由电荷q所产生的屯场强度为：£=”4•r4兀目）r试验电荷qO在距电荷q的距离为r的点上受到的电场力为:OS4穴①1.~r根据力的反作用性质，电荷q也同样受到试验电荷qO所产生的电场的力的作用且作用力的大小相等方向相反根据式（1）可知，真空中的介电常数场表征了孤立屯荷q在给定的距离上产生的电场强度的大小如果将式（1）中的真空条件换为某种电介质，则同样的孤立电荷q所产生的电场强度将可表示为：在实际

4、应用屮，人们通常将真空屮的介电常数场选作一个参照，而将电介质的介电常数:与蜀的比值定义成为一个无量纲的相对介电常数，如式（4）所示：WN1由于真空是一个理想的电介质模型（没冇原子、分子），所以，在实际电介质中由于束缚电荷效应使原电荷q所产生的电场有所下降的情况在真空中不可能出现因此，针对实际电介质的相对介电常数总是满足大于或等于1。介电常数表示了电荷q在电介质中所产生的电场强度的大小的一个制约因素（除了距离Z外，也是唯一的制约因素）显然，这种推论在静电场的情况下是完全可以被接受的，但是若耍将这一推论宜接应用到交变电场的情况似乎还有些不充分交变电场情况

5、下电介质的微观表现机理与宏观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，也是口前电介质物理、量子物理的重要研究方向和内容之一，叮以确认的是电介质的介电常数所表征的属性在交变电场的情况下也会对交变电场产牛影响比如，交变电场在电介质中的传播速度会降低，频率不变，波长会变短（电磁传播理论）并月•介电常数越大，相应的改变也会越大。从严格的意义上來说，电介质的介屯常数是温度、湿度、工作频率的函数在交变电磁场环境应用屮，介电常数通常用复介电常数（考虑了损耗因素）来表示但在大量的实际应用屮，尤其是一些工程设计屮我们仍然将电介质的介电常数当作一个常数來考虑

6、.实际应用中，最理想的电介质是真空，但是真空的介电常数自些偏小，而且仅适合于开放的电磁场应用面对选择高频印刷电路板基板材料、电容器填充材料、微带电路基板材料、天线基板材料等应用，通常希望有更大的介电常数，由此带来的好处是可以利用介质中波长的缩短来减小设备的尺寸从材料的其他特质来说，一般均要求材料的杂质尽可能小（可冇效减小介质的损耗特性），材料的特性尽可能均匀一致等。下图给出了电介质介电常数随频率而变化的宏观特点，在实际应用中具冇一定的参考意义需要特别指出的是，在实际应用中，通常所涉及到的工作频率范围仅是上图屮频率轴的非常窄小的一部分。图1.介电常数与

7、频率的关系图从介电常数的测量来说，也与频率有着较为密切的关系，一方面是每一种测量方而均存在着测量谋差，另i方而是每种测量方法也存在着适应的工作频率的范围直流状态测量的介电常数一般要较高频吋的介电常数略微偏大一点。2.介电常数的常见测量方法在微波技术快速发展的现代，航空航犬、军事民用、数字通信、科学研究等领域对微波元器件的需求越來越多，准确测量电介质材料的介电常数对将來的研究和应用有着深远的意义，早已成为国内外人们研究的课题。目前国内外己经涌现出很多种测量介电常数的理论和方法，最早在1929年就有测介电常数的概念了，纵观这些方法，总的可以分为非谐振法和

8、谐振法，他们都是测量介电常数非常有效的方法，随着技术水平和设备的越來越先进，测量的精度也越来越高O2.1基本