複數介電常數測量

一切非導電物質均為電介質,它可以是固態的、液態的或氣態的。在電介質中絕大多數的電荷是被束縛的。在外電場的作用下,這些電荷發生微小的位移,正電荷沿電場的方向位移,而負電荷則沿電場相反的方向位移。這種物理現象稱為電介質極化。

正文

如果以真空為介質的電容器的電容量為C0,以電介質為介質的同一電容器的電容量為C,當電容器兩端加上電壓U後,前者的電荷量為Q0,後者的電荷量為Q,則電介質的相對介電常

ε′=Q/Q0=C/C0

電介質在極化過程中靠消耗電場的能量而發熱。這種能量消耗稱為介質損耗,其值為tanδ(δ為損耗角)。這時相對複數介電常數(簡稱複數介電常數)

εr=ε′-jε″=ε′(1-tanδ)

式中  tanδ=ε″/ε′
複數介電常數的測量方法主要有兩類,即固定頻率法和寬頻法。固定頻率法的測量不確定度較小,可用於損耗大小不同的測量;寬頻法的頻頻寬,可用於快速測量。
固定頻率法 又分電橋法、傳輸線法和諧振法。
①電橋法:將被測件接在電橋的測量臂上,根據接入前後電橋平衡時電容和電阻(或相移和衰減)的變化量可以算出ε′和tanδ,這種方法可用於10-3~1011赫的頻率範圍,並適於測量損耗較大的電介質。
②傳輸線法:將被測件與測量線終端的短路波導或同軸線相連線,通過測量接入前後駐波節點位置和駐波係數的變化量可以算出ε′和tanδ。這種方法可用於108~1010赫的頻率範圍,適於測量損耗量中等的電介質。
③諧振法:將被測件接在諧振迴路(或諧振腔)中,通過測量接入前後迴路電容和Q值(或腔長和Q值)的變化量可以算出ε′和tanδ。這種方法可用於104~1011赫的頻率範圍,適於測量損耗較小的電介質。
寬頻法 包括階躍法和時域法。利用電介質對階躍波(或電脈衝)的回響,即電介質的電特性與頻域散射參數S(ω)的關係,通過時域測量和傅立葉變換求出在不同頻率下的ε′和tanδ。這種方法可用於10-4~1010赫的頻率範圍。

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