材料電磁參數(shù)測試主要包括介電材料和磁性材料的測試，常用的參數(shù)包括介電常數(shù)如|εr|,εr’,εr”,tanδ，磁導(dǎo)率如|μr|,μr’,μr”等。目前測量介電常數(shù)常用的方法主要有同軸/波導(dǎo)傳輸線法、自由空間法、諧振腔法、平行板電容法、同軸探頭法等等。每種測試方法都有自己的適用范圍，并沒有一種能夠適用所有場景的通用方法，因此需要根據(jù)以下特性選擇合適的測試方法：

（1）測試頻率范圍

（2）期望測試的εr值范圍

（3）期望達(dá)到的測試精度

（4）材料的形式 (液體、粉末、固體) 

（5）被測件尺寸

（6）被測件是否可破壞

（7）被測件是否可直接接觸

（8）測試溫度等

        根據(jù)不同的應(yīng)用場景，推出了多種材料電磁參數(shù)測試系統(tǒng)，接下來帶來波導(dǎo)傳輸線法介電常數(shù)測試系統(tǒng)的介紹。

一、系統(tǒng)介紹

      波導(dǎo)（Waveguide）是橫截面為矩形或圓形的空心金屬管，適用于固體材料微波頻段的復(fù)相對介電常數(shù)、復(fù)相對磁導(dǎo)率的測量。

      這套測量裝置及測量方法符合標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 35679-2017固體材料微波頻段使用波導(dǎo)裝置的電磁參數(shù)測量方法》中的描述，并且具備對測量數(shù)據(jù)以多種方法進(jìn)行處理分析的能力，準(zhǔn)確反應(yīng)材料的電磁特性。測試系統(tǒng)如下圖所示：

二、系統(tǒng)配置

三、基本指標(biāo)

1、工作頻率范圍：490MHz-40GHz,可拓展到110GHz

2、介電常數(shù)測試范圍：1.0-200.0

3、測量精度：△ε/ε=±1%

4、測試方法：波導(dǎo)法

5、測量參數(shù)：S11、S21、S12、S22 參數(shù)，復(fù)相對介電常數(shù)，復(fù)

相對磁導(dǎo)率。

6、產(chǎn)品型號：LAMBDA-WGTS

四、系統(tǒng)校準(zhǔn)

      現(xiàn)在的許多矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀(VNA)都具有極強(qiáng)的處理能力和靈活性并且提供了更多的校準(zhǔn)方法供用戶選擇，主要有：SOLT（短路—開路—負(fù)載—直通）、TRL（直通—反射—傳輸）方法。SOLT校準(zhǔn)操作方便、能夠提供優(yōu)異的精度和可重復(fù)性。這種校準(zhǔn)方法要求使用短路、開路和負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)件，測量準(zhǔn)確度跟標(biāo)準(zhǔn)件的精度密切相關(guān)，一般只適合于同軸環(huán)境測量。在要求高精度且可用標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)件與被測件的連接類型不同的情況下，一般采用 TRL 校準(zhǔn)，TRL 校準(zhǔn)是準(zhǔn)確度比SOLT校準(zhǔn)更精準(zhǔn)的校準(zhǔn)方式，尤其適合于非同軸環(huán)境測量，其標(biāo)準(zhǔn)件不需要像 SOLT 標(biāo)準(zhǔn)件那樣進(jìn)行完整或精準(zhǔn)的定義，校準(zhǔn)的精度只是跟 TRL 標(biāo)準(zhǔn)件的質(zhì)量，重復(fù)性部分相關(guān)，而不是完全由標(biāo)準(zhǔn)件決定，制造和表征三個(gè)TRL 標(biāo)準(zhǔn)件比制造和表征四個(gè) SOLT標(biāo)準(zhǔn)件更容易。

五、測試原理

1、將一個(gè)被測樣品放置在波導(dǎo)測量裝置內(nèi)，波導(dǎo)裝置兩端通過波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器連接至經(jīng)過校準(zhǔn)的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。分別測量 S11、S21、S12、S22 參數(shù)。選擇合適的數(shù)據(jù)處理方法代入 S 參數(shù)計(jì)算復(fù)相對介電常數(shù)和復(fù)相對介電磁導(dǎo)率。

2.被測樣品要求根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)尺寸精密加工。一般選用矩形波導(dǎo)及適合于波導(dǎo)尺寸的樣品，也可選用圓形波導(dǎo)及適合圓形波導(dǎo)尺寸的樣品，如果制作圓形樣品有困難，優(yōu)先選用矩形波導(dǎo)及適合于波導(dǎo)尺寸的樣品。

六、計(jì)算方法

1、反演方式1

     NRW 方法可基于波導(dǎo)法測量得到的 S參數(shù)，直接計(jì)算出材料的復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率，該方法無需進(jìn)行迭代，具有計(jì)算速度快的特點(diǎn)。但是在樣品厚度為半波長倍數(shù)時(shí)會出現(xiàn)諧振峰，影響測試結(jié)果。此外該方法對樣品的安裝位置精度要求較高。

2、反演方式2

     MNRW 方法基于 NRW 方法，通過限制材料的磁導(dǎo)率，可以更加精準(zhǔn)地求解材料的復(fù)介電常數(shù)。此方法適合于無磁性材料的介電常數(shù)測量。

3、反演方式3

     BJ 方法基于波導(dǎo)中測量得的 S 參數(shù)，通過迭代的方法計(jì)算出材料的復(fù)介電常數(shù)和復(fù)磁導(dǎo)率。該方法不要求精準(zhǔn)確定樣品的安裝位置，但求解結(jié)果對初猜比較依賴。

4、反演方式4

     MBJ 方法基于 BJ 方法，通過限制材料的磁導(dǎo)率，可以更加精準(zhǔn)地求解材料的復(fù)介電常數(shù)。此方法適合于無磁性材料的介電常數(shù)測量。

注：當(dāng)被測樣品為非磁性材料時(shí)，可選用單獨(dú)計(jì)算復(fù)相對介電常數(shù)的方法。