PCB介電常數(shù)及介電損耗測(cè)試

更新時(shí)間：2025-06-19 點(diǎn)擊次數(shù)：420

需要了解介電參數(shù)的行業(yè)很多，如電子、航天、材料，甚至在農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)療都有廣泛的應(yīng)用。PCB行業(yè)用來(lái)檢測(cè)塑料板的特性，用來(lái)分析高頻信號(hào)完整性的評(píng)估等，航天行業(yè)主要分析雷達(dá)材料傳輸特性等，食品行業(yè)主要分析保鮮膜食材變質(zhì)的特性，諸如此類等等。下面介紹下高頻材料介電常數(shù)及介電損耗測(cè)試：

高頻特性參數(shù)測(cè)試，通常用網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行表征，分別有Coaxial Probe (同軸探頭法)，Transmission Line (傳輸線法)，F(xiàn)ree-Space (自由空間法)，Resonant Cavity (諧振腔體法)以及Arch Reflectivity (弓形反射率法)。

（一）Coaxial Probe (同軸探頭法)

同軸探頭法可以測(cè)試表面光滑且厚度較高的片狀固體材料，液體材料，粉末材料等。該測(cè)試方法利用開(kāi)路式的同軸探頭，測(cè)試時(shí)將探頭浸入到液體或者接觸光滑固體平面，高頻信號(hào)將入射在探頭與被測(cè)材料的接觸面，在這一界面上，高頻信號(hào)的反射特性 S11 將會(huì)因?yàn)椴牧系慕殡姵?shù)而發(fā)生變化，如下圖所示。這時(shí)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)得 S11，再計(jì)算出被測(cè)材料的介電常數(shù)與損耗角正切等參數(shù)。

1同軸.jpg

圖：同軸探頭法，示意圖

1、頻率范圍：200MHz~50GHz（搭配網(wǎng)絡(luò)分析儀）；10MHz-3GHz（搭配阻抗儀）

2、測(cè)試參數(shù)：介電常數(shù)

3、樣品要求：表面平整的固體，液體或者粉末材料

（二）Transmission Line (傳輸線法)

傳輸線法是將被測(cè)材料置于封閉傳輸線中，傳輸線可以是同軸傳輸線或者矩形波導(dǎo)。通過(guò)利用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試高頻信號(hào)激勵(lì)下傳輸線的反射特性 S11 和傳輸特性 S21，從而得到材料的介電常數(shù)以及磁導(dǎo)率等結(jié)果，如圖：

傳輸線法2.png

圖：Transmission Line (傳輸線法)示意圖

1、頻率范圍：100MHz~110GHz

2、測(cè)試參數(shù)：介電常數(shù)，磁導(dǎo)率

3、樣品要求：可以進(jìn)行機(jī)械加工尺寸形狀的樣品 (環(huán)狀或者矩形塊狀)；表面光滑，并且兩個(gè)端面與傳輸線的軸線垂直；樣品長(zhǎng)度和測(cè)試頻率相關(guān)

（三）Free-Space (自由空間法)

自由空間法利用天線將微波能量聚集或者穿過(guò)被測(cè)材料，這種測(cè)試方法將被測(cè)材料置于天線之間，通過(guò)測(cè)量傳輸 S21 或者反射 S11 的高頻信號(hào)得到材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，如圖所示：

自由空間法3.png

圖：Free-Space (自由空間法)示意圖

1、頻率范圍：1GHz~330GHz

2、測(cè)試參數(shù)：介電常數(shù)，磁導(dǎo)率

3、樣品要求：扁平狀樣品，通常低頻時(shí)需要大尺寸平面，平坦，均勻，厚度已知

（四）Resonant Cavity (諧振腔體法)

一般對(duì)于 PCB 基板的測(cè)試，多采用諧振腔法，因?yàn)橹C振腔法可以提供非常高的損耗正切測(cè)量精度，所以特別適合印刷電路板以及高分子材料的測(cè)試等。傳統(tǒng)的諧振腔法大多都是單點(diǎn)頻的測(cè)試。

這種測(cè)試方法利用諧振腔在加入被測(cè)材料前后的諧振頻率變化以及品質(zhì)因數(shù)的變化來(lái)得到材料的介電常數(shù)等參數(shù)。大部分的諧振腔測(cè)試都是遵循美國(guó)材料測(cè)試協(xié)會(huì)的標(biāo)準(zhǔn) ASTM D2520 腔體微擾法進(jìn)行測(cè)量的。

諧振腔體法4.jpg