复磁导率和介电常数测量
介电常数测量
测量介电常数的方法探究班级:姓名:序号:学号:学院:测量介电常数的方法探究介电常数应用在科技的方方面面，但是如何测得介电常数以保证需要呢，本文就几种主流测量方法进行了探究。
主流的测量介电常数的方法即空间波法和探针法。
空间波法：空间波法是一种介电常数的实地检测法。
用该方法测量介电常数时，可以将测量仪器拿到被测物所在位置进行无损的实地测量，可获得最接近微波遥感真实值的介电常数。
微波遥感的典型目标，如土壤、沙地岩石、水体、冰雪、各类作物、各类草地、森林等，当其表面统计粗糙度远远小于所使用的波长时可用菲涅尔反射系数描述其介电常数与观测角之间的关系：R∥=（-）/（+）（1）R⊥=（-）/（+）（2）其中为目标物的相对介电常数，R∥为水平极化反射系数，R⊥为垂直极化反射系数，θ为入射角。
只要测得以上参数，经过绝对定标或者相对定标后，通过数学运算就可以反演得到介电常数。
空间波测量介电常数是利用菲涅尔反射定律进行的，要求所用波长大于被测目标的统计粗糙度，在粗糙度大时会影响精度，这时必须引入粗糙度修正量。
可以利用加大观测角以提高粗糙表面物的测量精度，从实际中，对土壤、草丛、冰的测量结果看是比较好的。
探针法：在探针法实地测量介质介电常数时，探针的位置一般有两种：即全部没入待测介质中和探针位于空气和介质构成的接触面上。
在两种情况下，样品的介电常数都可以通过在非谐振时测量的反射波、传输波或者谐振时测量的谐振频率和3dB带宽等参数来反演得到。
探针法测量介电常数，可以使用的探针有：单极振子、波导和同轴线等。
相对于其他探针，单极振子的结构简单，测量方便，且可以获得相对比较精确地测量结果，是目前探针法实地测量介电常数研究中的一个热点。
单极振子：用单极振子探针法测量介电常数主要是通过测量反射系数ρ、天线的输入阻抗Zn （或导纳Y）、S参数、天线谐振长度hr和激励电阻抗Rr或谐振频率fs和3dB带宽的变化等来反眼。
这些放发根据原理和测量值的不同可以分为反射法、传输发和谐振法。
使用 LCR 表和阻抗分析仪测量介电常数和导磁率的决方案
κ* =
ε*r
=
ε* ε0
= ε'r - j ε"r =
ε' ε0
-j
ε" ε0
实部
虚部
ε"r
ε*r
tan δ =
εr" 虚部 εr' 实部
δ
ε'r
tan δ = D (损耗系数)
κ* = 介电常数
ε = * 复数相对介电常数 r
ε = 0
自由空间 介电常数
1 36π
X 10-9 [F/m]
图 1. 相对复数介电常数 (εr*) 的定义。
8.854 x 10-12 [F/m]
A.1.4. 主要技术指标 ........................................................................................... 22
A.1.5. 操作方法 ....................................................................................................23
A.1.6. 特殊考虑事项 ........................................................................................... 23
参考文献 ........................................................................................................................... 24
使用 LCR 表和阻抗分析仪测量介电常数和导磁率的决方案
– 频率范围宽: 从 20 Hz 到 1 GHz – 测量精度高 – 测量的准备工作非常简单 (材料制
备、测量设置)
本指南首先在第 2 部分介绍介电常数的 测量方法、测量系统和解决方案，而 后在第 3 部分介绍导磁率的测量方法、 系统和解决方案，最后在附录中说明 适用于液体的电阻率测量系统和导磁 率测量系统。
1. 引言
近年来，电子设备技术获得了蓬勃发 展，而这也使得电子元器件的材料特征 成为决定电路特性的关键因素。例如， 在制造数字 (媒体) 设备中常用的高容量 多层片式陶瓷电容器 (MLCC) 时，必须 要采用高 κ 值 (介电常数) 材料。此外， 在选择材料之前还必须执行各项电气性 能验证，例如频率和温度响应。
3.2. 电感测量法 ......................................................................................................... 17
3.3. 导磁率测量系统 .................................................................................................. 18
表 1. 介电常数和导磁率参数的测量技术和测量方法
测量参数
测量技术
阻抗分析
介电常数
导磁率
阻抗分析 网络分析
测量方法 平行板法 S 参数 腔体 真空 电感 反射波 S 参数 腔体
04 | Keysight | 使用 LCR 表和阻抗分析仪测量介电常数和导磁率的解决方案－应用指南
2. 介电常数测试
2.1. 介电常数的定义
3.4. 使用 16454A 磁性材料测试夹具的测量系统 ..................................................... 18
材料介电常数和磁导率测试
材料介电常数和磁导率测试材料的介电常数和磁导率是材料的重要物理性质，对于电磁波的传播和材料的电磁性能有着重要影响。
本文将介绍介电常数和磁导率的定义、测量方法以及其在材料科学与工程中的应用。
一、介电常数的定义和测量方法介电常数是描述材料对电场响应的物理量，通常用ε来表示。
介电常数可以分为静态介电常数和复介电常数两种。
静态介电常数（ε0）是指在频率为零的情况下材料对电场的响应。
它是介电常数在低频时的极限值，通常用εr来表示。
静态介电常数可以通过测量材料在直流电场下的电容来得到。
实验中，通过将材料制成平行板电容器，测量电容C，再根据电容与介电常数之间的关系C=ε0S/d（其中S为电容板的面积，d为电容板间的距离），计算出静态介电常数。
复介电常数（ε*）是介电常数随频率变化的情况。
它可以分为实部ε'和虚部ε''两部分，分别表示介质的电容和电阻。
复介电常数可以通过测量材料在不同频率下的电容和介电损耗角正切（tanδ）来得到。
实验中，通过在交流电场下测量电容C和材料中的电导率σ，再根据复介电常数与电容、电导率之间的关系ε* = ε0(ε' - jε'') = ε0(1 + jσ/ωε0)（其中j为虚数单位，ω为角频率），计算出复介电常数。
二、磁导率的定义和测量方法磁导率是描述材料对磁场响应的物理量，通常用μ来表示。
磁导率可以分为静态磁导率和复磁导率两种。
静态磁导率（μ0）是指在频率为零的情况下材料对磁场的响应。
它是磁导率在低频时的极限值，通常用μr来表示。
静态磁导率可以通过测量材料在直流磁场下的磁感应强度和磁场强度之间的关系来得到。
实验中，通过将材料制成螺线管，测量磁感应强度B和电流I，再根据磁感应强度和磁场强度之间的关系 B = μ0μrI，计算出静态磁导率。
复磁导率（μ*）是磁导率随频率变化的情况。
它可以分为实部μ'和虚部μ''两部分，分别表示材料的磁感应强度和磁阻。
介电常数的测量方法及其频率范围
介电常数的测量方法及其频率范围
介电常数的测量方法主要有以下几种：
1.干板法：将被测物作为一块厚度均匀的平板，分别置于两块金属板之间，形成一个电容器。
测量这个电容器的电容值，由此计算介电常数。
2.微波共振法：将被测物放置在一个微波谐振腔中，测量微波在谐振腔中的传播速度和波长，由此计算介电常数。
3.交流电桥法：使用一个交流电桥测量电容值，从而计算介电常数。
4.时间域反射法：利用电磁波在两种介质之间的反射性质，测量反射波的时间延迟和振幅，计算介电常数。
介电常数的频率范围从直流到高频都可以测量，具体的测量范围取决于仪器的灵敏度和测量的样品。
在一般情况下，微波共振法适用于高频范围（GHz），干板法和交流电桥法适用于中低频范围（kHz~GHz），时间域反射法则适用于较低频率范围（Hz~kHz）。
材料的介电常数和磁导率的测量
材料的介电常数和磁导率的测量首先我们来介绍介电常数的测量方法。
介电常数是材料对电场的响应程度的度量，它描述了材料中电荷的极化程度。
介电常数的测量方法可以分为静态方法和动态方法两大类。
静态方法主要包括电容法和阻抗法。
电容法是通过测量材料电容器的电容值来确定其介电常数。
通常，所使用的电容器是平板结构或圆柱结构的，它们的结构和尺寸可以根据具体的测量需求进行设计。
电容法的原理是通过在电场中测量电容器的电容值来计算介电常数，具体计算公式为：ε=C/(ε0·A/d)其中，ε为介电常数，C为电容值，ε0为真空介电常数，A为电容器的交叉面积，d为电容器的间距。
阻抗法是通过测量材料电容器的阻抗来计算介电常数。
通过在电场中给电容器施加交变电压，测量电容器的电流和电压幅值，然后使用以下公式计算介电常数：Z=1/(2πfC)其中，Z为电容器的阻抗，f为交变电压的频率。
动态方法主要包括时域反射法和频域反射法。
时域反射法是通过将脉冲信号发送到材料中，然后测量脉冲信号的反射系数和传播速度来计算介电常数。
时域反射法的优点是适用于宽频带的测量，但对测量设备的性能要求较高。
频域反射法是通过测量材料的频率响应来计算介电常数。
通常，通过将材料置于一对电极之间，然后测量电极间的电容和电感，进而计算介电常数。
接下来我们来介绍磁导率的测量方法。
磁导率是材料对磁场的响应程度的度量，它描述了材料中磁性物质的含量和分布。
磁导率的测量方法主要有磁化曲线法和磁化电流法。
磁化曲线法是通过测量材料在外加磁场下得到的磁化曲线来计算磁导率。
测量时，材料样品被放置在电磁铁中，然后在外加磁场的作用下，测量材料的磁化强度和磁场强度，计算得到磁化曲线。
根据磁化曲线的特征，可以计算出材料的磁导率。
磁化电流法是通过通过在材料中施加交变电流，测量材料的磁场分布和电压分布，并计算得到磁导率。
磁化电流法适用于广泛的频率范围，并且可以用于不同形状和尺寸的样品。
介电常数和磁导率的测量方法在很多领域都有广泛的应用。
11.3 材料微波介电常数和磁导率测量
实验11.3 材料微波介电常数和磁导率测量一、引言隐身技术是通过控制、降低目标的可探测信号特征，使其不易被微波、红外、可见光、声波等各种探测设备发现、跟踪、定位的综合技术。
其中，微波隐身（或称雷达波隐身）的研究早在20世纪30年代就开始了。
现在已发展成集形状隐身、材料隐身等一体的高度复杂的技术，并已应用到导弹、飞机、舰船、装甲车辆、重要军事设施等许多武器装备上。
雷达隐身技术中，最简单的一种是涂覆型隐身技术。
它是将吸波材料直接以一定的厚度涂覆在外壳以降低对微波的反射，减小雷达探测截面，提高隐身能力。
而材料的微波介电常数和导弹磁率与吸波性能有关，本实验用开关短路法对其进行测量。
二、实验目的1. 了解和掌握微波开路和短路的含意和实现方法。
2. 掌握材料微波介电常数和磁导率的原理和方法。
3. 了解微波测试系统元部件的作用。
三、实验原理对于涂覆在金属平板（假定其为理想导体，下同）表面的单层吸波材料，空气与涂层界面处的输入阻抗为()d Z Z γεμγγth 0= 其中Ω==37700εμZ 是自由空间波阻抗，γ是电磁波在涂层中的传播常数，d 是吸收波涂层厚度，μγ，εγ分别为涂层的相对磁导率和相对介电常数。
当电磁波由空气向涂层垂直入射时，在界面上的反射系数为：Z Z Z Z Γ+-=以分贝（dB ）表示的功率反射率为：R =20lg|Γ|对多层涂覆，电磁波垂直入射到第n 层时，其输入阻抗为：()()n n n n n n n n nn d Z d Z Z γηγηηth th 11--++= 其中，()()n n n nn εεμμη''-'''-'=j j 是第n 层的特征阻抗， ()()n n n nn cεεμμωγ''-'''-'=j j j是第n 层的传播常数，d n 为第n 层的厚度，Z n -1为第n -1层入射面的输入阻抗。
介电常数的测量
实验七 介电常数的测量ε和损耗角tgδ的温度和频率特性，可以获取物质内部 测量物质在交变电场中介电常数r结构的重要信息。
DP—5型介电谱仪内置带有锁相环(PLL)的宽范围正弦频率合成信号源和由乘法器、同步积分器、移相器等组成的锁定放大测量电路，具有弱信号检测和网络分析的功能。
对填充介质的平行板电容器的激励信号的正交分量(实部和虚部)进行比较、分离、测量，检测介电频率谱和温度谱。
作为大学物理实验的内容，具有测量精度高、方法新颖、知识性和实用性强等特点。
[目的要求]ε和损耗角tgδ的温度和频率特性。
1．学习用介电谱仪测量物质在交变电场中介电常数r2．了解带有锁相环(PLL)的正弦频率合成信号源和锁定放大测量电路的原理和结构。
3．掌握对信号的正交分量(实部和虚部)进行比较、分离、测量的方法。
[实验原理]图1测量原理图原理如图1所示.置于平板电极之间的样品，在正弦型信号的激励下，等效于电阻R和电容C的并联网络。
其中电阻R是用来模拟样品在极化过程中由于极化滞后于外场的变化所引起的能量损失。
若极板的面积为A，间距为d，则：R=d/Aσ， C=εA／d， tgδ=1／ωRC=σ／ωε式中ε=εoεr，εo为真空介电常量，σ为与介电极化机制有关的交流电导率。
设网络的复阻抗为Z，其实部为Z’，虚部为Z″，样品上激励电压为Vs(基准信号)，通过样品的电流由运放ICl转化为电压Vz：(样品信号)，用V’s，V″s和V″z分别表示其实部和虚部，则有：Vz＝RnVs／Z， σ=K(V’sV’z+V″sV″z)， ωε=K(V’sV″z-V″sV’z)tgδ=(V’sV’z+V″sV″z)/ (V’sV″z-V″sV’z)式中K=d／ARn(V’sV’s+V″sV″s)。
电压的实部和虚部通过开关型乘法器IC2和π／2移相器IC3实现分离后测量。
IC2的作用是将被测正弦信号Vz(或Vs)与同频率的相关参考方波Vr相乘。
本系统测量时通过移相微调电路使Vr和vs同相位，即Vs的虚部V″s=O，测量公式简化为：σ=K’V’z， ωε=K’V″z, tgδ=V’z/V″z式中K’＝d／(ARnV’s)．图中K指向1时测量V’s，指向2时测量V’z和V″z。
复介电常数的测量
2、 介电谱
复介电常数随电磁场频率而变化称为 介电常数频谱，简称介电谱
一般分别作出实部频谱和虚部频谱。只要 在全频率范围内测出其中的一个谱，另一 个频谱就可以由克喇末-克朗尼（KramersKrōnig）关系式求出
x x dx, 2 2 0 x 2 x dx. 2 2 0 x 2
第六章 电介质物理
本章提要
本章就有关电介质的基本理论和基本实验研究, 着重介绍如下内容：电介质的极化响应；电介 质中的电荷转移，电介质的电导、损耗及击穿 特性；复介电常数和介电谱的实验研究，以进 一步了解电介质的最基本的物理性质——介电 性，以及进而了解电介质的分子结构和极化机 理。
第六章 电介质物理
N n jk
2 2 n k 于是有
.
2nk 和 ，
故由反射比 R 的测量便可以完全确定复 介电常数的实部和虚部的谱。
或者，由实验上测量透射光强度的衰减
I I 0 exp x
6.1概述
6.2静电场中的电介质行为 6.4极化弛豫 6.5动态介电系数 6.6固体电介质的电导与击穿 2个学时 6.8复介电常数和介电谱的实验研究 2个学时 2个学时
6.3变动电场中电介质行为及介质损耗 2个学时
6.8复介电常数和介电谱的实验研究
一个平行平板电容器，真空时电容量为，在 极板之间充满了电介质之后，施加一个圆频 率为的交变电动势，电容器便会有交变电流i 流过
（3）谐振电路法测量复介电常数
频率范围到达10MHz至100MHz时，用通常的 电桥法测量介电常数应有一定困难，因为 高频会使杂散电容的效应增加，从而显著 地影响测量结果的精确性。在高频测量中 往往使用谐振电路法。用Q表测量便是谐振 电路法的一种典型，现在较好的高频数字 化阻抗分析仪的频率范围已高达十余GHz。
复介电常数的测量
本章提要
本章就有关电介质的基本理论和基本实验研究, 着重介绍如下内容：电介质的极化响应；电介 质中的电荷转移，电介质的电导、损耗及击穿 特性；复介电常数和介电谱的实验研究，以进 一步了解电介质的最基本的物理性质——介电 性，以及进而了解电介质的分子结构和极化机 理。
第六章 电介质物理
（3）谐振电路法测量复介电常数
频率范围到达10MHz至100MHz时，用通常的 电桥法测量介电常数应有一定困难，因为 高频会使杂散电容的效应增加，从而显著 地影响测量结果的精确性。在高频测量中 往往使用谐振电路法。用Q表测量便是谐振 电路法的一种典型，现在较好的高频数字 化阻抗分析仪的频率范围已高达十余GHz。
j 1
i jr C0 ,
i jr C0 ,
j
1
其中 r 是电介质的相对介电常数，它是 的函数，若两极板之间的介质材料有损耗（包 括漏电），就需要用复数表示，即
j
* r
式中 为介电常数实部， 是介电 常数虚部，代表介质损耗。 在工程上更常 使用的 是 介质损耗的的正切tan
（4）传输线法
在超高频范围（100至1000MHz）以上时，调谐电路技 术就不好应用了，因为在这样高的频率，由于辐射效 应和趋肤效应，很难实现一个集总元件的谐振电路。 这时要使用分布电路，通常多采用传输线（同轴线） 和波导，还有用带状线（微带）等。波导测量宜在高 频率（微波），否则尺寸太大；而且每一种波导只能 在平均波长两侧的20—25%范围内传输电磁波，不能 覆盖整个频段，要扩大频率范围，还必须建立一系列 装置。同轴线测量的频率范围约为100—6000MHz，如 果只测量300—3000MHz，则只需用一套测量线就可以 了。根据电磁波与物质相互作用的原理，传输线法又 分为驻波场法、反射波法和透射波法三种，后两种属 于行波法。
介电常数和磁导率的测量
介电常数和磁导率的测量介电常数和磁导率是物质的两个基本性质。
它们在研究光电材料、电磁波传播和电磁现象等领域都有重要的应用。
本文将介绍介电常数和磁导率的测量方法与实验技术。
首先，介电常数的测量是研究材料电介质特性的重要手段之一。
介电常数是材料对电场响应的度量，也可以理解为材料中电荷分布的指标。
在实验中，可以通过测量材料中的电容值和几何尺寸等参数来计算介电常数。
常用的测量方法有电容法、差量法和短路共振法等。
电容法是一种简单且常用的测量介电常数的方法。
它利用电容器中的电场分布来测量介电常数。
首先，将被测材料放置在电容器的两个电极之间，然后通过外部电源施加电压，使电场在材料中形成，测量电容器的电容值。
根据电容公式C=εA/d，其中C为电容值，ε为介电常数，A为电极面积，d为电极间距，可以计算得到介电常数。
差量法是一种比较研究材料的测量方法。
它利用两个相同的电容器，一个装有被测材料，另一个作为参照。
在测量时，分别对两个电容器施加相同的电压，然后测量两个电容器的电容值。
通过比较两个电容器的变化，可以得到被测材料的介电常数。
短路共振法是一种通过测量电容器与电感器串联后的共振频率来计算介电常数的方法。
在实验中，首先将电容器和电感器串联，并通过信号源施加交变电压，然后调节电感器的值使整个电路达到共振状态。
此时，通过测量共振频率和电容器、电感器的参数，可以计算得到介电常数。
除了介电常数的测量，磁导率的测量也是许多研究领域的关键环节。
磁导率是材料对磁场的响应程度，也可以视为磁场中磁矩形成的强度。
磁导率的测量方法比较复杂，常用的有磁深法、磁力计法和自感法等。
磁深法是一种测量材料磁导率的非接触方法。
它利用交变磁场的渗透深度与磁导率之间的关系来计算磁导率。
在实验中，通过高频电源产生交变磁场，然后将被测材料放置在磁场中，并测量磁场强度在材料中的衰减情况。
根据磁深公式δ=√(2/πfμσ)，其中δ为磁深度，f为频率，μ为磁导率，σ为电导率，可以得到磁导率。
材料的介电常数和磁导率的测量
无机材料的介电常数及磁导率的测定一、实验目的1.掌握无机材料介电常数及磁导率的测试原理及测试方法。
2.学会使用Agilent4991A 射频阻抗分析仪的各种功能及操作方法。
3.分析影响介电常数和磁导率的的因素。
二、实验原理1.介电性能介电材料（又称电介质）是一类具有电极化能力的功能材料，它是以正负电荷重心不重合的电极化方式来传递和储存电的作用。
极化指在外加电场作用下，构成电介质材料的内部微观粒子，如原子，离子和分子这些微观粒子的正负电荷中心发生分离，并沿着外部电场的方向在一定的范围内做短距离移动，从而形成偶极子的过程。
极化现象和频率密切相关，在特定的的频率范围主要有四种极化机制：电子极化(electronicpolarization ，1015Hz)，离子极化(ionicpolarization ，1012～1013Hz)，转向极化(orientationpolarization ，1011～1012Hz)和空间电荷极化(spacechargepolarization ，103Hz)。
这些极化的基本形式又分为位移极化和松弛极化，位移极化是弹性的，不需要消耗时间，也无能量消耗，如电子位移极化和离子位移极化。
而松弛极化与质点的热运动密切相关，极化的建立需要消耗一定的时间，也通常伴随有能量的消耗，如电子松弛极化和离子松弛极化。
相对介电常数（ε），简称为介电常数，是表征电介质材料介电性能的最重要的基本参数，它反映了电介质材料在电场作用下的极化程度。
ε的数值等于以该材料为介质所作的电容器的电容量与以真空为介质所作的同样形状的电容器的电容量之比值。
表达式如下：ACd C C ⨯==001εε（1） 式中C 为含有电介质材料的电容器的电容量；C 0为相同情况下真空电容器的电容量；A 为电极极板面积；d 为电极间距离；ε0为真空介电常数，等于8.85×10-12F/m 。
另外一个表征材料的介电性能的重要参数是介电损耗，一般用损耗角的正切（tanδ）表示。
材料介电常数和磁导率测试
材料介电常数和磁导率测试材料的介电常数和磁导率是材料特性的重要参数，它们对材料的电磁性能具有重要影响。
本文将介绍介电常数和磁导率的概念、测试方法以及它们在材料应用中的作用。
介电常数是描述材料在外电场作用下电极化程度的物理量。
它反映了材料对电场的响应能力。
介电常数的大小与材料的极化效应密切相关，不同材料的介电常数差异很大。
介电常数可分为静电介电常数和动态介电常数。
静电介电常数是指在静态电场下的极化效应，而动态介电常数则是指在高频电场下的极化效应。
测量介电常数的方法有多种，常用的有热释电流法、电容法和瞬态电流法等。
其中，电容法是最常用的方法之一。
电容法通过测量材料在电场作用下的电容变化来确定介电常数。
该方法操作简便，测量精度较高。
接下来，我们来介绍一下磁导率。
磁导率是描述材料对磁场的响应能力的物理量。
它反映了材料对磁场的导磁性能。
磁导率的大小决定了材料在磁场中的磁化程度。
不同材料的磁导率差异很大，磁导率可正可负。
正磁导率表示材料对磁场的增强作用，负磁导率则表示材料对磁场的削弱作用。
测量磁导率的方法也有多种，常用的有霍尔效应法、磁滞回线法和磁化曲线法等。
其中，霍尔效应法是最常用的方法之一。
霍尔效应法通过测量材料在磁场作用下产生的霍尔电压来确定磁导率。
该方法测量精度较高，适用于各种材料的磁导率测量。
介电常数和磁导率是材料性能的重要指标，它们在材料应用中起着重要作用。
在电子器件领域，介电常数和磁导率的大小直接影响着电子器件的性能。
例如，在微波通信领域中，高介电常数的材料可以用于制作微波电容器，而高磁导率的材料可以用于制作微波电感器。
在电力系统中，高介电常数的材料可以用于制作绝缘材料，而高磁导率的材料可以用于制作电力变压器的铁芯。
介电常数和磁导率还在其他领域有着广泛的应用。
在医学领域，介电常数被用于测量人体组织的电阻率，以便进行医学诊断。
在地球物理勘探领域，磁导率被用于测量地下矿产资源的分布情况。
在材料科学领域，介电常数和磁导率的研究有助于开发新型功能材料。
传输反射法测量固体复介质材料介电常数
国内统一刊号CN31-1424／TB0 引言随着电子元器件向微型化、集成化、高频化方向发展，越来越多的介质材料需要用复介电常数、复磁导率、复损耗角正切等微波特性参数来表征其性能。
微波工程中最常用的介质材料有聚四氟乙烯、云母、玻璃、塑料以及各种金属氧化物，介质材料已被广泛运用在微波电路、介质基片、同轴线中的绝缘支撑结构、介质天线中。
介质材料在微波器件、隐身技术、电磁测量、遥感测量、医疗卫生等领域发挥着越来越重要的作用，并已成为国内高端计量机构研究的热点之一。
随着微波技术、隐身技术的发展，介质材料的复介电常数、复磁导率、复损耗角正切参数的准确与否，直接影响到微波器件性能和电磁参数分析的准确程度。
因此，近年来介质材料的介电谱和磁谱越来越受到业内关注。
介质材料在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》中被明确列为“新一代信息功能材料及器件”优先主题以及被列入基础研究领域中重点研究的新材料结构、性能表征新原理。
随着5G 技术的应用，介质材料的复介电常数性能成为表征高频高速材料微波特性的重要参数之一。
1 国内外同类研究现状分析国内外研究机构在固体介质材料的复介电常数的测量方法有传输/反射法、谐振腔法、自由空间法、平行电极法、拱形法等。
其中，传输/反射传输/反射法测量固体复介质材料介电常数蔡青1 赵锐2 陈超婵1 / 1.上海市计量测试技术研究院；2.中电科仪器仪表有限公司摘 要 介绍/传输反射法测量固体介质材料复介电常数等关键技术难点，通过建立固体介质材料的介电谱和磁谱测量装置，开展复介电常数、复磁导率、复损耗角正切测量技术研究，在30 M Hz ~ 18 GHz 采用空气线同轴传输的方法、在18 ~ 50 GHz 采用三段波导传输的方法，实现了30 M Hz ~ 50 GHz 全频段固体介质材料电磁参数的测试能力，提出了复介电常数、复磁导率、复损耗角正切测量的数学模型，编制了材料测试软件，实现了同轴和波导的全频段测量。
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复磁导率和复介电常数的公式的推导：
以下为本实验采用的同轴传输反射法的相关的公式的推导[21]: Γ0是试样长度为无限长时介质表面的反射系数
Γ0=μr
Ɛr
−1
μr
r
+1
（1）
T为电磁波在长度为d的试样段中的传输系数：
T=e−jγd（2）为传播系数：
γ=2π
λ
μr.εr（3）其中：
Eγ1=S11E i1+S21E i2（4）
S21=(1−Γ02)T
1−TΓ02
（5）
S11=(1−T2)Γ0
1−TΓ0
（6）由以上（1）~（6）诸式可得：
Γ0=K±K2−1 （7）其中，
K=S112−S212+1
2S11
（8）
T=S11+S21−Γ0
1−S11+S21Γ0
（9）
μr εr =1+Γ0
1−Γ0
2
（10）
μr.εr=−λ
2πd ln1
T
2
（11）
样品置于波导中时，若果材料是均匀的，试样与波导壁之间无间隙。
试样端面与波导中波的传播方向反方向垂直，在此理想模型中，由于横向边界条件的一致性，在空波导和填充材料部分，均不存在高次模，唯一可能存在的模式为TE10模。
此时：
μr=1+Γ0 Λ1−Γ0
λ02−
λc2
（12）
εr=
1
Λ2
+1
λc2
λ02
μr
（13）
其中，
1Λ=−1
2πd
ln1
T
2
（14）
通过以上分析，可以认为测量微波吸收材料电磁参数的实质就是测量一对复
数散射参数S11、S21，通过中间变量、T，最后求的材料的扫频复介电常数εr和
复磁导率μ
r。