高频PCB基材介电常数与介电损耗的特性与改性进展
杨盟辉
（中南电子化学材料所，武汉 430070）
摘 要 随着高频化PCB技术与产品占有越来越重要的地位，高频电路基板材料的发展也出现了高速化，其中比较重要的一方面就是低介电常数和低介质损耗因数的材料的选择，这是PCB基板材料实现高速化，高频化的重要性能项目。文章针对基板材料的介电常数与介电损耗的关系加以论述，并对它们与外部环境的关系做出相应的阐述，使得在PCB的制造中对各种基板材料进行合理正确的评估和使用。
关键词 高频PCB, 树脂材料的改性，介电常数，介电损耗
The Dielectrics Characteristics and Modified Progress of Base Materials Applied in High
Frequency Printed Circuit Board
Yang Menghui
Abstract With the application of high frequency printed circuit board in more fields,the base materials need to adapt the requirements of high-speed circuits.The most important factors are the dielectric characteristics,such as low dielectric constant and dielectric loss,which is propitious to the high transmission speed of printed circuit board.The dielectric constant and dielectric loss of base materials are discussed in this paper and the affected relation with environment conditions are also described.In addition,the modified progresses of difference base materials are evaluated.
Keywords High Frequency Printed Circuit Board, base materials, dielectric constant, dielectric loss
0 前言
目前已经商品化的高频基板主要有三大类[1] [2]：聚四氟乙烯（PTFE）基板；热固性PPO （Polyphenyl Oxide）；交链聚丁二烯基板和环氧树脂复合基板（FR-4）。PTFE基板具有介电损耗小，介电常数小且随温度和频率的变化小，与金属铜箔的热膨胀系数接近等优点[3] [4]，从而得到了广泛的应用。PTFE与玻璃纤维、陶瓷搭配制备的基板，例如：RO3200，RO3210，RO4003等系列已经能够满足介电常数2.2~10.8，工作频段为30 MHz~30 GHz的要求[5]。虽然，PTFE微波板制造发展迅猛，但与之相适应的工艺是由传统的FR-4印制电路制造工艺改进而成[6]。现在电子信息产品特别是
微波器件的高速发展，集成度极大的提高和数字化、高频化、多功能化和在特殊环境中应用等要求已经向一般的PTFE 高频板以及制造工艺提出了挑战。对于微波PCB 的高速、高频化的特性, 主要是通过两方面的技术途径：一方面是使这种发展成为高密度布线微细导线及间距、微小孔径、薄形以及导通、绝缘的高可靠性。这样, 可以进一步缩短信号传输的距离, 以减少它在传输中的损失。另一方面, 要采用具有高速、高频特性的用基板材料。而后者的实现, 是要求业开展对这类基板材料比较深入的了解、研究工作找出并掌握准确控制的工艺方法, 以此来达到所选用的基板材料与的制造工艺、性能及成本要求能够实现合理匹配的目的。
在高频电路中,信号传输速度可以表示为[7] :
r c k
V ε= （1）
式（1）中： V ——信号传输速率，单位为 m/s ；
C ——真空中的光速，单位为m/s ；
εr ——基板的介电常数。
可以看出，基板介电常数越低，信号传播得越快，因此要得到高的信号传输速率，就必须研究开发低介电常数的基板材料。
介电常数除了直接影响信号的传输速度以外，还在很大程度上决定特性阻抗，它可以表示为
[8] ：
)8.098.5ln(41.1870t
w h Z r ++=
ε （2） 式（2）中： Z 0 ——印制导线的特性阻抗；
εr ——基板的介电常数；
h ——印制导线与基准面之间的介质厚度；
w ——印制导线的宽度；
t ——印制导线的厚度。
可以看出，影响特性阻抗的主要因素是: （1）基板的介电常数εr ；（2）介质厚度h ；
（3）导线宽度w ；（4）导线厚度t 等。基板介电常数越小，特性阻抗就越大。
在高速电路中需要高的特性阻抗值，必须研究开发低介电常数的材料。同时为了实现高速数字电路PCB 中的阻抗连续稳定，要求基板材料有稳定的介电常数[9]
。
1 PCB 上的信号传输损失与基板材料性质的关系
导体电路上的传输损失中的介质损失是主要受到基板材料绝缘层的介电常数（εr ）、介质损失因数（tan δ）所支配的。对传输损失的影响与εr 、tan δ的大小成正比, 并与介质工作时的频率大小相关。在同一εr 或tan δ下, 频率越高, 其传输损失就越大,图1 表示了上述关系。
图1 各种εr ，tan δ材料的信号传输损失
随着频率增加, 基板中的损耗不能再忽略不计,信号的传播损耗或衰减可以表示成[10] ：
r f a εδtan ∝ （3）
式（3）中：
A ——信号传播衰减，单位为dB/m；
εr ——基板的介电常数；
tan δ——基板的介质损耗因数；
f ——频率。
可以看出，基板tan δ越小，信号传播的衰减越小。因此在高频电路基板材料的选择或者研究开发时,要求其具有较低的εr 和tan δ。另外还要综合考虑其他因素：如热能、机械性能、吸水性等。
基板材料所用树脂的εr 值和tan δ值的高低，主要受到树脂结构本身的极化程度大小。极化程度愈大，介电常数值就愈高。为此,消除或降低树脂中的易极化的化学结构，来达到有效的降低基板材料εr ，tan δ值的目的，这已经成为这类基板材料提高此项特性的重要途径。由此也看出，一种高速高频化基板材料的特性好坏，它所用的树脂种类,更具体的讲它所用树脂的分子组成结构，是相当关键、重要的。
2 树脂的改性
对高频PCB 基板的研究通常从下面几个方面进行：对树脂和玻纤及整体结构的改进，通过布线或其它方式改进基板特性。同时在这些研究中，高频下介电常数的测量起着很重要的作用，有的学
者还提出了复合材料中介电常数计算的理论模型。
由于环氧树脂本身具有含量较大的极性基团，介电性能较差，通常的改性方法有：增加支链数，增大材料的自由体积，降低极性基团的浓度；在环氧树脂中加入双键结构，使树脂分子不易旋转；或引入占有空间体积较大的基团或高分子非极性树脂等方法，降低极性基团的含量，提高其介电性能。
2.1 聚苯醚改性环氧树脂
使用改性聚苯醚对环氧树脂进行改性[7]，聚苯醚（PPO）分子结构中含有重复的苯环与醚键，且具有对称结构，在大分子中没有强极性基团，电气绝缘性能优良。改性聚苯醚（MPPO）在保持PPO 的电气特性的同时，改善了PPO的加工性能。在保证环氧覆铜板基本阻燃性和力学性能的基础上，利用εr只有2.45的MPPO掺混改性环氧体系，形成半互穿网络结构，提高改性环氧覆铜板的介电性能，达到降低εr和tanδ的目的。MPPO含量对基板εr、tanδ的影响如图2所示。由图2可知，随着MPPO含量的增加，覆铜板的εr和tanδ都减小，表明MPPO的添加对环氧树脂的绝缘特性确实有所改善，但是由于工艺条件较为苛刻，稳定性欠佳，该技术离工业化大生产还有一定距离，有待改进与提高。另外通过PPO改性溴化环氧树脂（BEP），使其耐热性能得到了改善，介电常数降低到3.2，而其阻燃性能较佳，其它各项性能均有不同程度的提高[10]。
图2 MPPO的含量对εr和tanδ的影响
2.2 氰酸酯改性环氧树脂
环氧树脂在固化反应过程中，可在交联点间生成含有OH等极性基团，它们对介质的εr和tanδ均有强烈影响。tanδ与OH含量的关系如图3所示[11]。从图2中可知，降低交联点间极性基团的浓度，可以降低tanδ。在不减少环氧树脂体系交联密度的前提下，降低体系中OH的含量，许多学者对此进行了大量的研究工作。在树脂体系中加入氰酸酯，可降低树脂固化体系中OH的浓度，同时改善树脂体系的交联密度[12]，提高了体系固化物的玻璃化转变温度，这也是PCB基板所需要的。
图3 tanδ与OH浓度的关系
2.3 聚四氟乙烯
聚四氟乙烯（PTFE）是一种超高分子量的聚合物，其分子结构为四个完全对称的取向氟原子中心连接一个碳原子，因而极性极低，εr只有2.0（1 MHz），加上C-F键的键能很高，其耐热性好。具有优良的电气性能、耐化学腐蚀、耐热、使用温度范围广、吸水性低，高频率范围内εr、tanδ变化小，非常适用于作为高速数字化和高频的基板材料。胡福田等[13]人的研究表明，在PTFE和玻璃纤维布组成的复合材料中，PTFE树脂含量与介电常数、介质损耗因数的影响分别如图3、图4所示。由图3可知，其εr随PTFE树脂重量百分数的增加而减少，树脂重量百分数在72%时得到εr为2.6的产品。由图5可知，tanδ随树脂含量增加有一个显著减少的过程。PTFE的热膨胀系数相对高，质地柔软，其机械性能差，尺寸稳定性较差，价格昂贵，加工要求苛刻，不适合普及使用。
图4 树脂重量百分数对介电常数的影响
图5 树脂重量百分数对tanδ的影响
2.4 氰酸酯树脂
氰酸酯树脂具有优异的电绝缘性能、耐高温性能、高尺寸稳定性和低吸水率，可用作高性能复合材料的基体树脂，是一种理想的高频印刷电路板树脂基体。王结良等人的研究表明，采用有机锡催化剂固化得到的氰酸酯树脂基固化树脂及其复合材料具有低εr和低tanδ，力学性能非常出色;同时还发现复合材料表现出与固化树脂相似的耐水煮和耐湿热老化性能，是一种优异的高频印刷电路板树脂体系[14]。但是交联密度大及高结晶度而引起的韧性较差。可利用双马来酰亚胺树脂（BMI）和CE得到共聚物BT树脂，在其他性能保持不变的前提下改善其韧性。
3 玻纤的改性
玻纤增强材料是复合材料中力学强度的主要承担者，一般来说其介电常数高于树脂基体，又在复合材料中占有较高的体积含量，因此是决定复合材料介电性能的主要因素[15]。目前，世界各国生产的硅酸盐成分的玻璃纤维织物组成大体相同，其基础成分都是SiO2、Al2O3、CaO三元系统，重量百分比在小范围内波动[16]。常温下构成玻璃网络的硅氧或硼氧、铝氧骨架无弱联系离子几乎不导电。但是网络中充填了阳离子，特别是碱金属离子时，点阵结构在碱金属离子处中断，形成弱联系离子，产生热离子极化。这是影响玻璃介电性能的主要因素。目前通常采用的是无碱玻纤E玻纤，其介电常数为7.2 (1 MHz)，不能满足高频电路的要求。首先可以采用的办法是混杂。在无碱玻纤中，除了E玻纤外，还有介电性能优秀的D玻纤（εr= 4.7，1M Hz）和Q玻纤（εr= 3.9，1M Hz），但是它们加工性能和成本较高，单独使用并不合适。通过对不同品种的玻纤进行合理的选配，要求既保证优良的低介电性能、加工性能，又能很好地解决工业化生产的成本问题。
4 基板材料的整体改进
除了对基板本身材料的改性外，还可以通过改进基板整体结构，调整多层介质的分布，改善其介电性能。合理调整多层介质的分布，可以在减小成本的前提下提高基板的介电性能。
图6 四层混合介质微波传输布层
图7 四层混合介质带状线布层
如图6所示，是一种常用的四层混合介质布层方法。其中，外层（顶部和底部）是低介电常数和低介质损耗因数的高频介质。这种结构可以很好的控制阻抗，信号损失也很小（约为FR-4的1/10），信号传播速度比FR-4快10%。而且，大部分材料都是廉价的介质，根据高频材料和中间FR-4的比值不同，这样的设计最多可以使总成本降低25%。在几GHz的范围内经常使用这种结构，此时顶部和底部不一定要求为热固性塑料，只要能与FR-4粘结的高频材料就可以使用。图7所示的是四层混合介质带状线布层，多用于数字电路。这种结构除了具备图6所示结构的优点外，还具有串音和电磁干扰更低的优点。另外还可以在PCB的制造过程中控制阻抗:由于内层的制造过程是“印刷和腐蚀”而不是制造外层时所需要的“印刷、制版和腐蚀”，所以可以精确控制传输线的宽度，控制阻抗。但是这种结构通常只适用于数字电路，因为数字器件具有更好的抗噪声能力，可以承受一定的阻抗不连续。
5 结论
从理论和实践中感悟到，在选择用于高频电路的所用的基板材料时，对基板材料的特性要求要特别注重考察它的tanδ，在不同频率下的变化特性如何。而对侧重于信号高速传输方面的要求，或对侧重于具备有特性阻抗高精度控制要求时，则应该重点考察所用的基板材料的εr特性及其它在频率、湿度、温度等条件变化下的性能情况。国内外学者们也从不同的方面对这个问题进行了深入的研究:包括对环氧树脂的改性、换用其它树脂体、混杂玻纤、使用空心玻纤、适当布置多层结构、合理布线、采用嵌入无源元件等，都可以在某种程度上改善高频PCB基板的特性。但要得到一个普遍使用的方案，还需要进一步研究。另外，高频下介电性能的测量也是学者们研究的热点，还有的学者从理论上得到混合物介电常数的估算模型，这些对高频PCB基板的改性都有很重要的意义。
参考文献
[1]祝大同．低介电常数电路板用烯丙基化聚苯醚树脂[J]．绝缘材料,2001,5(1):28-33.
[2]祝大同．覆铜板用新型材料的发展(1)[J]．印制电路信息,2001,9(12):8-12.
[3]杨雁,李盛涛．高频印制电路基板研究进展[J]．绝缘材料,2007,40(6):30-35.
[4]李胜方,王洛礼．几种高性能树脂在覆铜板中的应用[J]．粘接,2005,26(4):48-51.
[5]杨维生．微波材料选用及微波印制电路制造技术[J]．电子电路与贴装,2008,1：36-41.
[6]杨维生．聚四氟乙烯高频多层板工艺技术研究[J]．印制电路信息,2003,11(9):47-51.
[7]王严杰,张续柱,肖忠良等. 高频低介电常数改性环氧树脂覆铜板的研制[J]. 工程塑料应用,2002,30(4):35-37.
[8] 曹安照,田丽. 介电常数、介质损耗角正切对PCB特性阻抗的影响[J]. 自动化与仪器仪表,2006,6:47-48.
[9]王志勤. 特性阻抗的工艺研究[J]. 电子工艺技术,2006,27(9):285-287.
[10]Jiru Meng,Guozheng Liang,Lei Zhao. Study on Epoxy Matrix Modified with Poly(2,6-dimet hyl-1,4-phenylene ether) for Application to Copper Clad Laminate[J]. Composites Science and Technology,2002,62:783-789.
[11]毛桂洁,陈平,程子霞. 高性能新一代FR-4环氧基玻璃布层压板的改性研究[J]. 纤维复合材料,1998,15(12):31-36.
[12]陈平,程子霞,朱岩松等. 低εr、低tanδ、FR-4印刷电路基板的研制[J]. 纤维复合材料,2001,18(1):20-22.
[13]胡福田,杨卓如. 玻璃纤维布增强聚四氟乙烯复合材料的制备及性能研究[J]. 化工新型材料,2006,34(12):19-22.
[14]王结良,梁国正,杨洁颖等. 高频氰酸酯基覆铜板基板的研制[J]. 中国塑料,2004, 16(1):46-49.
[15]洪旭辉,华幼卿. 玻璃纤维增强树脂基复合材料的介电特性[J]. 化工新型材料,2005,33(4):16-19.
[16]毕松梅,汪学骞,王扬等. 7628玻纤混纺织物低介电性能的研究[J]. 纺织学报,2003,24(1):16-19.
1、我们常用的PCB介质是FR4材料的，相对空气的介电常数是4.2-4.7。这个介电常数是会随温度变化的，在0-7 0度的温度范围内，其最大变化范围可以达到20%。介电常数的变化会导致线路延时10%的变化，温度越高，延时越大。介电常数还会随信号频率变化，频率越高介电常数越小。100M以下可以用4.5计算板间电容以及延时。 2、一般的FR4材料的PCB板中内层信号的传输速度为180ps/inch(1inch=1000mil=2.54cm)。表层一般要视情况而定，一般介于140与170之间。 3、实际的电容可以简单等效为L、R、C串联，电容有一个谐振点，在高频时(超过这个谐振点)会呈现感性，电容的容值和工艺不同则这个谐振点不同，而且不同厂家生产的也会有很大差异。这个谐振点主要取决于等效串联电感。现在的比如一个100nF的贴片电容等效串联电感大概在0.5nH左右，ESR(等效串联电阻)值为0.1欧，那么在24M 左右时滤波效果最好，对交流阻抗为0.1欧。而一个1nF的贴片电容等效电感也为0.5nH(不同容值差异不太大)，E SR为0.01欧，会在200M左右有最好的滤波效果。为达好较好的滤波效果，我们使用不同容值的电容搭配组合。但是，由于等效串联电感与电容的作用，会在24M与200M之间有一个谐振点，在这个谐振点上有最大阻抗，比单个电容的阻抗还要大。这是我们不希望得到的结果。（在24M到200M这一段，小电容呈容性，大电容已经呈感性。两个电容并联已经相当于LC并联。两个电容的ESR值之和为这个LC回路的串阻。LC并联的话如果串阻为0，那么在谐振点上会有一个无穷大的阻抗，在这个点上有最差的滤波效果。这个串阻反倒会抑制这种并联谐振现象，从而降低LC谐振器在谐振点的阻抗）。为减轻这个影响，可以酌情使用ESR大些的电容。ESR相当于谐振网络里的串阻，可以降低Q值，从而使频率特性平坦一些。增大ESR会使整体阻抗趋于一致。低于24M的频段和高于200M的频段上，阻抗会增加，而在24M与200M频段内，阻抗会降低。所以也要综合考虑板子开关噪声的频带。国外的一些设计有的板子在大小电容并联的时候在小电容(680pF)上串几欧的电阻，很可能是出于这种考虑。(从上面的参数看，1nF的电容Q值是100nF电容Q值的10倍。由于手头没有来自厂商的具体等效串感和ESR的值，所以上面例子的参数是根据以往看到的资料推测的。但是偏差应该不会太大。以往多处看到的资料都是1nF和100nF的瓷片电容的谐振频率分别为100M和10M，考虑贴片电容的L要小得多，而又没有找到可靠的值，为讲着方便就按0.5nH计算。如果大家有具体可靠的值的话，还希望能发上来^_^) 介电常数（Dk, ε，Er）决定了电信号在该介质中传播的速度。电信号传播的速度与介电常数平方根成反比。介电常数越低，信号传送速度越快。我们作个形象的比喻，就好想你在海滩上跑步，水深淹没了你的脚踝，水的粘度就是介电常数，水越粘，代表介电常数越高，你跑的也越慢。 介电常数并不是非常容易测量或定义，它不仅与介质的本身特性有关，还与测试方法，测试频率，测试前以及测试中的材料状态有关。介电常数也会随温度的变化而变化,有些特别的材料在开发中就考虑到温度的因素.湿度也是影响介电常数的一个重要因素,因为水的介电常数是70,很少的水分,会引起显著的变化. 以下是一些典型材料的介电常数(在1Mhz下)：
介电常数 求助编辑 介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场（真空中）与最终介质中电场比值即为介电常数(permittivity),又称诱电率。如果有高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。 目录 编辑本段简介 介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场(真空中)与最终介质中电场比值即为相对介电常数(permittivity),又称相对电容率，以εr表示。如果有高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。介电常数（又称电容率），以ε表示，ε=εr*ε0，ε0为真空绝对介电常数，ε0=8.85*e-12,F/m。 一个电容板中充入介电常数为ε的物质后电容变大ε倍。 介电常数 电介质有使空间比起实际尺寸变得更大或更小的属性。例如，当一个电介质材料放在两个电荷之间，它会减少作用在它们之间的力，就像它们被移远了一样。 当电磁波穿过电介质，波的速度被减小，有更短的波长。 相对介电常数εr可以用静电场用如下方式测量：首先在其两块极板之间为空气的时候测试电容器的电容C0。然后，用同样的电容极板间距离但在极板间加入电介质后侧得电容Cx。然后相对介电常数可以用下式计算εr=Cx/C0
编辑本段相关解释 "介电常数" 在工具书中的解释 1.又称电容率或相对电容率，表征电介质或绝缘材料电性能的一个重要数据，常用ε表示。它是指在同一电容器中用同一物质为电介质和真空时的电容的比值，表示电介质在电场中贮存静电能的相对能力。介电常数愈小绝缘性愈好。空气和CS2的ε值分别为1.0006和 2.6左右，而水的ε值特别大，10℃时为 8 3.83，与温度t的关系是 介电常数 查看全文 2.介电常数是物质相对于真空来说增加电容器电容能力的度量。介电常数随分子偶极矩和可极化性的增大而增大。在化学中，介电常数是溶剂的一个重要性质，它表征溶剂对溶质分子溶剂化以及隔开离子的能力。介电常数大的溶剂，有较大隔开离子的能力，同时也具有较强的溶剂化能力。介电常数用ε表示，一些常用溶剂的介电常数见下表： "介电常数" 在学术文献中的解释
液体与固体介电常数的测量 实验目的: 运用比较法粗测固体电介质的介电常数，谐振法测量固体与液体的介电常数(以及液体的磁导率)，学习其测量方法及其物理意义，练习示波器的使用。 实验原理： 介质材料的介电常数一般采用相对介电常数εr 来表示，通常采用测量样品的电容量，经过计算求出εr ，它们满足如下关系： S Cd r 00εεεε== 式中ε为绝对介电常数，ε0为真空介电常数，m F /10 85.812 0-?=ε，S 为样品的有效面积，d 为样品的厚度，C 为被测样品的电容量，通常取频率为1 kHz 时的电容量C 。 比较法： 比较法的电路图如下图所示。此时电路测量精度与标准电容箱的精度密切相关。实际测量时，取R=1000欧姆,我们用双踪示波器观察,调节电容箱和电阻箱的值,使两个信号相位相同, 电压相同，此时标准电容箱的容值即为待测电容的容值。 图一：比较法电路图
谐振法： 1、交流谐振电路： 在由电容和电感组成的LC 电路中，若给电容器充电，就可在电路中产生简谐形式的自由振荡。若电路中存在交变信号源，不断地给电路补充能量，使振荡得以持续进行，形成受迫振动，则回路中将出现一种新的现象——交流谐振现象。RLC 串联谐振电路如下图所示 : 图二：RLC 串联谐振电路 其中电源和电阻两端接双踪示波器。 RLC 串联电路中电压矢量如图三所示。 图三：电阻R 、电容C 和电感L 的电压矢量图 电路总阻抗：Z == L V →-R V →
回路电流：V I Z == 电流与信号源电压之间的位相差：1arctan i L C R ωω???- ?=- ? ??? 在以上三个式子中，信号源角频率 2f ωπ=，容抗1 C Z C ω= ，感抗L Z L ω=。?i ＜0，表示电流位相落后于信号源电压位相；?i ＞0，则表示电流位相超前。各参数随ω变化的趋势如右图所示。 ω很小时，电路总阻抗Z → ?i →π/2，电流的位相超前于信号源电压位相，整个电路呈容性。ω很大时，电路总阻抗Z →, ?i →- π/2 ，电流位相滞后于信号源电压位相，整个电路呈感性。当容抗等于感抗时，容抗感抗互相抵消，电路总阻抗Z=R,为最小值，而此时回路电流则成为最大值I max = V i /R ，位相差?i =0，整个电路呈阻性，这个现象即为谐振现象。发生谐振时的频率f 0称为谐振频率，此时的角频率ω0即为谐振角频率，它们之间的关系为： 0002f ωωωπ== == 找到RLC 串联电路的谐振频率，如果已知L 的值， 就可以得出C 的大小。
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 (electronic polarization ，1015Hz)，离子极化 (ionic polarization ，1012～1013Hz)，转向极化 (orientation polarization ，1011～1012Hz)和空间电荷极化 (space charge polarization ，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： A Cd 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8.85×10-12 F/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。它是指材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应
基础实验物理报告 学院专业： 实验名称 介电常数实验报告姓名班级 学号 一、实验原理 二、实验设备 三、实验内容 四、实验结果
一、实验原理 介电常数是电介质的一个材料特征参数。 用两块平行放置的金属电极构成一个平行板电容器，其电容量为： S C D D 为极板间距， S 为极板面积，ε即为介电常数。材料不同ε也不同。在真空中的介电常数为 0 ，08. 851012 F / m 。 考察一种电介质的介电常数，通常是看相对介电常数，即与真空介电常数相比的比值 r 。 如能测出平行板电容器在真空里的电容量C1及充满介质时的电容量C2，则介质的相对介电常数即为 ε r C 2 C 1 然而 C1、 C2的值很小，此时电极的边界效应、测量用的引线等引起的分布电容已不可 忽略，这些因素将会引起很大的误差，该误差属系统误差。本实验用电桥法和频率法分别测出固体和液体的相对介电常数，并消除实验中的系统误差。 1．用电桥法测量固体电介质相对介电常数 将平行板电容器与数字式交流电桥相连接，测出空气中的电容C1和放入固体电介质后的电容C2。 C 1 C 0 C 边1 C 分1 C 2 C 串C 边 2 C 分 2 其中 C0是电极间以空气为介质、样品的面积为S 而计算出的电容量： C 00 S D C 边为样品面积以外电极间的电容量和边界电容之和， C 分为测量引线及测量系统等引起的分 布电容之和，放入样品时，样品没有充满电极之间，样品面积比极板面积小，厚度也比极板的间距小，因此由样品面积内介质层和空气层组成串联电容而成C 串 ，根据电容串联公式有： ε0 Sεrε0S C 串D-t t εrε0 S ε0 Sεrε0S t εr(D-t) D t t
脆化温度brittle temperature 塑料低温力学行为的一种量度。以具有一定能量的冲锤冲击试样时，当试样开裂几率达到50％时的温度称脆化温度。 屈服点（yield point） 钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。 设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σs =Ps/Fo(MPa)，MPa称为兆帕等于N（牛顿）/mm2， （MPa=10^6(10的6次方）Pa，Pa： 帕斯卡=N/m2）2.屈服强度（σ0.2）有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规
定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2%）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2 。 什么是介电常数，介电损耗，介电强度？[科学电力 ] 收藏转发至天涯微博 悬赏点数 10 6个回答 屋里有灯不黑啊2009-05-12 10:15:37 什么是介电常数，介电损耗，介电强度？ 回答 换一张 码：
登录并发表取消 回答 heyerijue2009-05-12 10:15:55 介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场(真空中)与最终介质中电场比值即为介电常数(permeablity),又称诱电率. 介电强度（dielectric strength）是指单位厚度的绝缘材料在击穿之前能够承受的最高电压，即电场强度最大值，单位是 kV/mm。包括塑料 010********-05-12 10:16:02
介电常数与耗散因数间的关系 介电常数又称电容率或相对电容率，是表征电介质或绝缘材料电性能的一个重要数据，常用ε表示。介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场(真空中)与最终介质中电场比值即为介电常数。其表示电介质在电场中贮存静电能的相对能力，例如一个电容板中充入介电常数为ε的物质后可使其电容变大ε倍。介电常数愈小绝缘性愈好。如果有高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。介电常数还用来表示介质的极化程度，宏观的介电常数的大小，反应了微观的极化现象的强弱。气体电介质的极化现象比较弱，各种气体的相对介电常数都接近1，液体、固体的介电常数则各不相同，而且介电常数还与温度、电源频率有关有些物质介电常数具有复数形式，其实部即为介电常数，虚数部分常称为耗散因数。 通常将耗散因数与介电常数之比称作耗散角正切，其可表示材料与微波的耦合能力，耗散角正切值越大，材料与微波的耦合能力就越强。例如当电磁波穿过电解质时，波的速度被减小，波长也变短了。 介质损耗是指置于交流电场中的介质，以内部发热的形式表现出来的能量损耗。介质损耗角是指对介质施加交流电压时，介质内部流过的电流相量与电压向量之间的夹角的余角。介质损耗角正切是对电介质施加正弦波电压时，外施电压与相同频率的电流之间相角的余角δ的正切值--tgδ. 其物理意义是：每个周期内介质损耗的能量//每个
周期内介质存储的能量。 介电损耗角正切常用来表征介质的介电损耗。介电损耗是指电介质在交变电场中,由于消耗部分电能而使电介质本身发热的现象。原因是电介质中含有能导电的载流子,在外加电场作用下,产生导电电流,消耗掉一部分电能,转为热能。任何电介质在电场作用下都有能量损耗，包括由电导引起的损耗和由某些极化过程引起的损耗。 用tgδ作为综合反应介质损耗特性优劣的指标，其是一个仅仅取决于材料本身的损耗特征而与其他因素无关的物理量，tgδ的增大意味着介质绝缘性能变差，实践中通常通过测量tgδ来判断设备绝缘性能的好坏。 由于介电损耗的作用电解质在交变电场作用下将长生热量，这些热会使电介质升温并可能引起热击穿，因此，在绝缘技术中，特别是当绝缘材料用于高电场强度或高频的场合，应尽量采用介质损耗因数，即电介质损耗角正切tgδ较低的材料。但是，电介质损耗也可用作一种电加热手段，即利用高频电场（一般为0.3--300兆赫兹）对介电常数大的材料（如木材、纸张、陶瓷等）进行加热。这种加热由于热量产生在介质内部，比外部加热速度更快、热效率更高，而且热均匀。频率高于300兆赫时，达到微波波段，即为微波加热（家用微波炉即据此原理）。 在绝缘设计时，必须注意材料的tgδ值。若tgδ过大则会引起严重发热，使绝缘材料加速老化，甚至导致热击穿。 一下例举一些材料的ε值：
介电常数 一、介电常数的基本简介 介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，在相同的原电场中真空中的电场与某一介质中的电场的比值即为相对介电常数(permittivity),又称相对电容率，以εr表示。如果有高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。介电常数（又称电容率），以ε表示，ε=εr*ε0，ε0为真空绝对介电常数，ε0=8.85*e-12,F/m。 一个电容板中充入介电常数为ε的物质后电容变大ε倍。电介质有使空间比起实际尺寸变得更大或更小的属性。例如，当一个电介质材料放在两个电荷之间，它会减少作用在它们之间的力，就像它们被移远了一样。 当电磁波穿过电介质，波的速度被减小，有更短的波长。 二、介电常熟的解释 “介电常数”在工具书中的解释 1．又称电容率或相对电容率，表征电介质或绝缘材料电性能的一个重要数据，常用ε表示。它是指在同一电容器中用同一物质为电介质和真空时的电容的比值，表示电介质在电场中贮存静电能的相对能力。相对介电常数愈小绝缘性愈好。空气和CS2的ε值分别为1.0006和2.6左右，而水的ε值特别大，10℃时为 83.83，与温度有关。 2．介电常数是物质相对于真空来说增加电容器电容能力的度量。介电常数随分子偶极矩和可极化性的增大而增大。在化学中，介电常数是溶剂的一个重要性质，它表征溶剂对溶质分子溶剂化以及隔开离子的能力。介电常数大的溶剂，有较大隔开离子的能力，同时也具有较强的溶剂化能力。介电常数用ε表示。 “介电常数”在学术文献中的解释 1.介电常数是指物质保持电荷的能力，损耗因数是指由于物质的分散程度使能量损失的大小。理想的物质的两项参数值较小。k 2.介质常数具有复数形式，实数部分称为介电常数，虚数部分称为损耗因子.通常用损耗正切值(损耗因子与介电常数之比)来表示材料与微波的耦合能力，损耗正切值越大，材料与微波的耦合能力就越强 3．介电常数是指在同一电容器中用某一物质为电介质与该物质在真空中的电容的比值.在高频线路中信号传播速度的公式如下：V=K 4.通常将相对介电常数均称为介电常数.反射脉冲信号的强度，与界面的波反射系数和透射波的衰减系数有关，主要取决于周围介质与反射体的电导率和介电常数。
材料科学实验讲义 (一级实验指导书) 东华大学材料科学与工程中心实验室汇编 2009年7月
一、实验目的 介电特性是电介质材料极其重要的性质。在实际应用中，电介质材料的介电系数和介质损耗是非常重要的参数。例如，制造电容器的材料要求介电系数尽量大，而介质损耗尽量小。相反地，制造仪表绝缘器件的材料则要求介电系数和介质损耗都尽量小。而在某些特殊情况下，则要求材料的介质损耗较大。所以，通过测定介电常数(ε)及介质损耗角正切(tg δ)，可进一步了解影响介质损耗和介电常数的各种因素，为提高材料的性能提供依据。 本实验的目的： 1、探讨介质极化与介电常数、介质损耗的关系； 2、了解高频Q 表的工作原理； 3、掌握室温下用高频Q 表测定材料的介电常数和介质损耗角正切值。 二、实验原理 按照物质电结构的观点，任何物质都是由不同的电荷构成，而在电介质中存在原子、分子和离子等。当固体电介质置于电场中后会显示出一定的极性，这个过程称为极化。对不同的材料、温度和频率，各种极化过程的影响不同。 1、介电常数(ε)：某一电介质(如硅酸盐、高分子材料)组成的电容器在一定电压作用下所得到的电容量C x 与同样大小的介质为真空的电容器的电容量C o 之比值，被称为该电介质材料的相对介电常数。 o x C C = ε 式中：C x —电容器两极板充满介质时的电容； C ο —电容器两极板为真空时的电容； ε —电容量增加的倍数，即相对介电常数 介电常数的大小表示该介质中空间电荷互相作用减弱的程度。作为高频绝缘材料，ε要小，特别是用于高压绝缘时。在制造高电容器时，则要求ε要大，特别是小型电容器。 在绝缘技术中，特别是选择绝缘材料或介质贮能材料时，都需要考虑电介质的介电常数。此外，由于介电常数取决于极化，而极化又取决于电介质的分子结构和分子运动的形式。所以，通过介电常数随电场强度、频率和温度变化规律的研究，还可以推断绝缘材料的分子结构。 2．介电损耗(tg δ)：指电介质材料在外电场作用下发热而损耗的那部分能量。在直流电场作用下，介质没有周期性损耗，基本上是稳态电流造成的损耗；在交流电场作用下，介质损耗除了稳态电流损耗外，还有各种交流损耗。由于电场的频繁转向，电介质中的损耗要比直流电场作用时大许多(有时达到几千倍)，因此介质损耗通常是指交流损耗。 在工程中，常将介电损耗用介质损耗角正切tg δ来表示。tg δ是绝缘体的无效消耗
9微波基础知识及测 介电常数
实验五微波实验 微波技术是近代发展起来的一门尖端科学技术，它不仅在通讯、原子能技术、空间技术、量子电子学以及农业生产等方面有着广泛的应用，在科学研究中也是一种重要的观测手段，微波的研究方法和测试设备都与无线电波的不同。从图1可以看出，微波的频率范围是处于光波和广播电视所采用的无线电波之间，因此它兼有两者的性质，却又区别于两者。与无线电波相比，微波有下述几个主要特点 图1 电磁波的分类 1．波长短(1m —1mm)：具有直线传播的特性，利用这个特点，就能在微波波段制成方向性极好的天线系统，也可以收到地面和宇宙空间各种物体反射回来的微弱信号，从而 确定物体的方位和距离，为雷达定位、导航等领域提供了广阔的应用。 2．频率高：微波的电磁振荡周期(10-9一10-12s)很短，已经和电子管中电子在电极间的飞越时间(约10-9s)可以比拟，甚至还小，因此普通电子管不能再用作微波器件(振荡器、放大器和检波器)中，而必须采用原理完全不同的微波电子管(速调管、磁控管和行波管等)、微波固体器件和量子器件来代替。另外，微波传输线、微波元件和微波测量设备的线度与波长具有相近的数量级，在导体中传播时趋肤效应和辐射变得十分严重，一般无线电元件如电阻，电容，电感等元件都不再适用，也必须用原理完全不同的微波元件(波导管、波导元件、谐振腔等)来代替。
3．微波在研究方法上不像无线电那样去研究电路中的电压和电流，而是研究微波系统中的电磁场，以波长、功率、驻波系数等作为基本测量参量。 4．量子特性：在微波波段，电磁波每个量子的能量范围大约是10-6～10-3eV ，而许多原子和分子发射和吸收的电磁波的波长也正好处在微波波段内。人们利用这一特点来研究分子和原子的结构，发展了微波波谱学和量子电子学等尖端学科，并研制了低噪音的量子放大器和准确的分子钟，原子钟。(北京大华无线电仪器厂) 5．能穿透电离层：微波可以畅通无阻地穿越地球上空的电离层，为卫星通讯，宇宙通讯和射电天文学的研究和发展提供了广阔的前途。 综上所述微波具有自己的特点，不论在处理问题时运用的概念和方法上，还是在实际应用的微波系统的原理和结构上，都与普通无线电不同。微波实验是近代物理实验的重要组成部分。 实 验 目 的 1. 学习微波的基本知识； 2. 了解微波在波导中传播的特点，掌握微波基本测量技术； 3. 学习用微波作为观测手段来研究物理现象。 微波基本知识 一、电磁波的基本关系 描写电磁场的基本方程是： ρ=??D ， 0=??B
介电常数 介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，介质中电场与原外加电场(真空中)的比值即为相对介电常数(permittivity，不规范称dielectric constant)，又称诱电率，与频率相关。介电常数是相对介电常数与真空中绝对介电常数乘积。如果有高介电常数的材料放在电场中，电场的强度会在电介质内有可观的下降，理想导体内部由于静电屏蔽场强总为零，故其介电常数为无穷。 介电常数(又称电容率)，以ε表示，ε=εr*ε0，ε0为真空绝对介电常数，ε0=8.85*10^(-12)F/m。需要强调的是，一种材料的介电常数值与测试的频率密切相关。 一个电容板中充入介电常数为ε的物质后电容变大εr倍。电介质有使空间比起实际尺寸变得更大或更小的属性。例如，当一个电介质材料放在两个电荷之间，它会减少作用在它们之间的力，就像它们被移远了一样。 当电磁波穿过电介质，波的速度被减小，有更短的波长。 根据物质的介电常数可以判别高分子材料的极性大小。通常，介电常数大于3.6的物质为极性物质;介电常数在2.8~3.6范围内的物质为弱极性物质;介电常数小于2.8为非极性物质。 测量方法 相对介电常数εr可以用静电场用如下方式测量:首先在两块极板之间为真空的时候测试电容器的电容C0。然后，用同样的电容极板间距离但在极板间加入电介质后测得电容Cx。然后相对介电常数可以用下式计算 εr=Cx/C0 在标准大气压下，不含二氧化碳的干燥空气的相对电容率εr=1.00053.因此，用这种电极构形在空气中的电容Ca来代替C0来测量相对电容率εr时，也有足够的准确度。(参考GB/T 1409-2006) 对于时变电磁场，物质的介电常数和频率相关，通常称为介电系数。 "介电常数" 在工具书中的解释: 1.又称电容率或相对电容率，表征电介质或绝缘材料电性能的一个重要数据，常用ε表示。它是指在同一电容器中用同一物质为电介质和真空时的电容的比值，表示电介质在电场中贮存静电能的相对能力。对于介电材料，相对介电常数愈小绝缘性愈好。空气和CS2的ε值分别为1.0006和 2.6左右，而水的ε值特别大，10℃时为8 3.83，与温度有关。 2.介电常数是物质相对于真空来说增加电容器电容能力的度量。介电常数随分子偶极矩和可极化性的增大而增大。在化学中，介电常数是溶剂的一个重要性质，它表征溶剂对溶质分子溶剂化以及隔开离子的能力。介电常数大的溶剂，有较大隔开离子的能力，同时也具有较强的溶剂化能力。介电常数用ε表示，一些常用溶剂的介电常数见下表: "介电常数" 在学术文献中的解释: 1.介电常数是指物质保持电荷的能力，损耗因数是指由于物质的分散程度使能量损失的大小。理想的物质的两项参数值较小 文献来源介电常数与频率变化的关系2.其介质常数具有复数形式，实数部分称为介电常数，虚数部分称为损耗因子.通常用损耗正切值(损耗因子与介电常数之比)来表示材料与微波的耦合能力，损耗正切值越大，材料与微波的耦合能力就越强
实验介电—频率特性 一、实验目的 本实验通过测定室温时高频陶瓷介电常数ε及损耗角正切值tanδ，了解掌握常用的Q表的基本原理及正确使用Q表测量高频陶瓷介质的ε及tanδ的方法，通过室温下测试ε及tan δ随频率变化的情况，分析陶瓷介质的极化原理。 介质材料的介电常数和介电损耗随频率发生变化。了解介质材料的介电—温度特性，以便正确的认识、改进与使用这些材料。 1. 通过测定室温时高频陶瓷介电常数ε及损耗角正切值tanδ，了解掌握1910测量仪的基本原理。 2. 正确使用1910测量仪测量高频陶瓷介质的ε及tanδ的方法。 3. 通过室温下测试ε及tanδ随频率变化的情况，分析陶瓷介质的极化原理。 三、实验原理 介电系数是表征介质储存电荷能力的，是介质的特性参。 介电系数是衡量介质极化行为，或该电介质储存电荷能力的重要参数，通常又叫介电常数或电容率。ε=1.44Ch/D2 对于电子陶瓷来说是一个非常重要的参数，根据用途的不同，对瓷料的介电系数要求不同．如装置瓷、电阻瓷、电真空瓷要求介电系数为 2～12这一范围内，如介电系数值较大则会造成线路的分布电容太大，以至影响线路的参数。 陶瓷介质材料在电场作用下能储存电荷，但同时总是或多或少把一部分电能转变成热能，即瓷体要发热而消耗能量。电介质在电场作用下，单位时间内因发热而消耗的电能叫做介质损耗，用P来代表。 在直流电场作用下介质损耗仅由电导引起，此时介质中电场能量的损耗(损耗功率)为P=U2/R=GU2设介质两极板重合的面积为S(cm2)，介质厚度为h(cm)，则单位体积中的介质损耗称为介质损耗率。 介质损耗率的单位为(w／cm2)，在一定的直流电插强度下，介质损耗率取决于电导率或电阻率的大小。 在交变电场下，除了电导(漏导)损耗外，还有周期性变化的极化过程存在，这种极化过程需要克服阻力而引起损耗，因此介质损耗还与介质内的极化过程有关。 交流下介质损耗可利用有损耗介质电容器的等效电路来分析研究，即用一个理想电容器(不产生损耗的电容器)和一个理想的电阻来等效描述介质在交流电压下的损耗情况。 无损耗电容器的电流和电压的相位差为900，而有损耗电容器的电流与电压的相位差则小于900，减小的角δ称为损耗角。tagδ=Pa/Pc 无线电陶瓷的损耗角一般都很小，小于10。 二、实验设备 一、仪器用途： 用于电介质（无机、有机）材料介电常数ε、介电损耗tgδ、交流电阻R、电感L、品质因数Q值的测量。金属及磁性材料电感l的测量。铁电压电材料等效阻抗Z及导纳G的测量。可以测量介电常数和损耗随频率的变化等。
介电常数的测定实验报告 数学系 周海明 PB05001015 2006-11-16 实验题目：介电常数的测定 实验目的：了解多种测量介电常数的方法及其特点和适用范围，掌握替代法，比 较法和谐振法测固体电介质介电常数的原理和方法，用自己设计与制作的介电常数测试仪，测量压电陶瓷的介电常数。 实验原理：介质材料的介电常数一般采用相对介电常数r ε来表示，通常采用测量 样品的电容量，经过计算求出r ε，它们满足如下关系：S Cd r 00εεεε== （1）。式中ε为绝对介电常数，0ε为真空介电常数， m F /1085.8120-?=ε，S 为样品的有效面积，d 为样品的厚度，C 为被测 样品的电容量，通常取频率为1kHz 时的电容量C 。 一、替代法 替代法参考电路如图1所示，将待测电容C x （图中R x 是待测电容的介电损耗电阻），限流电阻R 0(取1k Ω)、安培计与信号源组成一简单串联电路。合上开关K 1，调节信号源的频率和电压及限流电阻R 0，使安培计的读数在毫安范围恒定（并保持仪器最高的有效位数），记录读数I x 。将开关K 2打到B 点，让标准 电容箱C s 和交流电阻箱R s 替代C x 调节C s 和R s 值，使I s 接近I x 。多次变换开关K 2的位置(A,B 位)，反复调节C s 和R s ，使X S I I =。假定C x 上的介电损耗电阻R x 与标准电容箱的介电损耗电阻R s 相接近（s x R R ≈），则有s x C C =。 另一种参考电路如图2所示，将标准电容箱C s 调到极小值，双刀双掷开关K 2扳到AA ’，测量C x 上的电压V x 值；再将K 2扳到BB ’，调节C s 让C s 上
介电常数 介电常数又叫介质常数，介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一个系数，以字母ε表示，单位为法/米(F/m) 定义为电位移D和电场强度E之比，ε=D/Ε。电位移D的单位是库/二次方米(C ／m^2)。 某种电介质的介电常数ε与真空介电常数ε0之比称为该电介质的相对介电常数εr，εr＝ε／ε0是无量纲的纯数，εr与电极化率χe的关系为εr＝1＋χe。 真空介电常数：ε0= 8.854187817×10^-12 F/m 介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场(真空中)与最终介质中电场比值即为相对介电常数(permittivity), 如果有高相对介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。 电介质经常是绝缘体。其例子包括瓷器(陶器)，云母，玻璃，塑料，和各种金属氧化物。有些液体和气体可以作为好的电介质材料。干空气是良好的电介质，并被用在可变电容器以及某些类型的传输线。蒸馏水如果保持没有杂质的话是好的电介质，其相对介电常数约为80。 一个电容板中充入相对介电常数为ε的物质后电容变大ε倍。故相对介电常数εr 可以用如下方式测量:首先在其两块极板之间为真空的时候测试电容器的电容C0。然后，用同样的电容极板间距离但在极板间加入电介质后侧得电容Cx。然后相对介电常数可以用下式计算 εr=Cx/C0 电介质有使空间比起实际尺寸变得更大或更小的属性。例如，当一个电介质材料放在两个电荷之间，它会减少作用在它们之间的力，就像它们被移远了一样。 当电磁波穿过电介质，波的速度被减小，有更短的波长。 对于时变电磁场，物质的介电常数和频率相关，通常称为介电系数。 附常见溶剂的介电常数 H2O (水) 78.5 HCOOH (甲酸) 58.5 HCON(CH3)2 (N,N-二甲基甲酰胺)36.7 CH3OH (甲醇) 32.7 C2H5OH (乙醇) 24.5 CH3COCH3 (丙酮) 20.7 n-C6H13OH （正己醇）13.3 CH3COOH (乙酸或醋酸) 6.15 C6H6 (苯) 2.28 CCl4 (四氯化碳) 2.24 n-C6H14 （正己烷）1.88
介电常数实验 实验目的 1、了解介电常数的相关知识和其相关应用。 2、掌握测量介电常数的相关原理与测量方法。 3、熟悉掌握课本知识，应用所学知识。 实验原理 介电常数是电介质的一个材料特征参数。用两块平行放置的金属电极构成 一个平行板电容器，其电容量为：D为极板间距，S为极板面积，ε即为介电常数。材料不同ε也不同。在真空中的介电常数为ε0。考察一种电介质的介电常数，通常是看相对介电常数，即与真空介电常数相比的比值εr。如能测出平行板电容器在真空里的电容量C1及充满介质时的电容量C2，则介质的相 对介电常数即为然而C1、C2的值很小，此时电极的边界效应、测 量用的引线等引起的分布电容已不可忽略，这些因素将会引起很大的误差，该误差属系统误差。如果有高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。 仪器的基本原理是采用高频谐振法，并提供了通用、多用途、多量程的阻抗测试。它以单片计算机作为仪器控制，测量核心采用了频率数字锁定，标准频率测试点自动设定，谐振点自动搜索，Q值量程自动转换，数值显示等新技术，改进了调谐回路，使得调谐回路的残余电感减至最低，并保留了原Q表中自动稳幅等技术，使得新仪器在使用时更为方便，测量值更为准确。仪器能在较高的测试频率条件下，测量高频电感或谐振回路的Q值，电感器的电感量和分布电容量，电容器的电容量和损耗角正切值. 实验步骤 1、本仪器适用于110V/220V,50Hz±0.5Hz交流电，使用后要检查市电电压是否合 适，最好采用稳压电源，以保证测试条件的稳定。 2、开机预热15分钟，使仪器恢复正常后才能开始测试。 3、取出附带支架，将样品夹入两极板之间，在选择适当的辅助线圈插入电感接线柱，用引线将支架连接至仪器电容接线柱。 4、根据需要选择振荡频率，调节测试电路电容器使电路谐振（Q值最大）。 5、记录支架上的刻度X，并将样品从支架的两极板中取出，调节两极板间距离，使其恢复至X。 6、再调节测试电路电容器使电路谐振，这是电容为C，可直接读出Q，并且ΔQ=Q-Q
介电常数和介电损耗测量 一．背景 介电特性是电介质材料极其重要的性质。在实际应用中，电介质材料的介电系数和介质损耗是非常重要的参数。例如，制造电容器的材料要求介电系数尽量大，而介质损耗尽量小。相反地，制造仪表绝缘器件的材料则要求介电系数和介质损耗都尽量小。而在某些特殊情况下，则要求材料的介质损耗较大。所以，通过测定介电常数及介质损耗角正切(tg)，可进一步了解影响介质损耗和介电常数的各种因素，为提高材料的性能提供依据。按照物质电结构的观点，任何物质都是由不同的电荷构成，而在电介质中存在原子、分子和离子等。当固体电介质置于电场中后会显示出一定的极性，这个过程称为极化。对不同的材料、温度和频率，各种极化过程的影响不同。 在绝缘技术中，特别是选择绝缘材料或介质贮能材料时，都需要考虑电介质的介电常数。此外，由于介电常数取决于极化，而极化又取决于电介质的分子结构和分子运动的形式。所以，通过介电常数随电场强度、频率和温度变化规律的研究，还可以推断绝缘材料的分子结构。 二．基本原理 电子材料与元件的电学性能参数的测量是一项基本而重要的工作。这些电学参数包括不同频率、不同温度下的电阻、电容、阻抗、介电常数、损耗角正切值等特性测量。全面而准确地掌握这些特性，对分析、改进电子材料与元件的性能十分重要。数字式LCR 测量仪（数字电桥）是随着数字测量技术发展而出现的新型智能化材料和元件参数测量仪器，具有使用简便、效率高、测量精度高等优点，在电子材料与元件特性参数测量和研究中获得了极其广泛的应用。 数字式LCR 测量仪以微处理器为核心、通过采集给定激励下被测样品和标准元件的电压、电流信号并按照—定的数学模型进行被测样品的参数计算。数字式LCR 测量仪测量原理以阻抗参数的数字化测量为基础，典型测量方法为矢量电流—电压法。测量电路原理如图1 所示，其中R s 为标准电阻值，Z x 为待测样品的阻抗。 图 1 测量电路原理图2 数字式LCR 测量仪原理框图 阻抗参数的测量可首先转化为电压测量及电压分量的计算，最终可得到复阻抗的电阻参数和电抗参数，并可间接计算其他参数，如损耗参数、不同等效模式下的阻抗参数等。图2为数字式LCR 测量仪一般原理框图。流过待测元件的电流转换为相应的电压信号，与待测元件的电压经缓冲放大后送给相敏模/数转换器(PSADC)。PSADC 主要由相敏检波器(PSD)
固体与液体介电常数的测量 一、实验目的: (1) 运用比较法粗测固体电介质的介电常数; (2) 运用比较法法测量固体的介电常数; (3) 谐振法测量固体与液体的介电常数(以及液体的磁导率); 二、实验原理： 介质材料的介电常数一般采用相对介电常数εr 来表示，通常采用测量样品的电容量，经过计算求出εr ，它们满足如下关系： S Cd r 00εεεε== 式中ε为绝对介电常数，ε0为真空介电常数，m F /1085.8120-?=ε，S 为样品的有效面积，d 为样品的厚度，C 为被测样品的电容量，通常取频率为1 kHz 时的电容量C 。 1.比较法测电容： 比较法的电路图如右图图一所示。此时电路引入的参量少，测量精度与标准电容箱的精度密切相关。实际测量时，我们用双踪示波器观察信号变化情况，调节电 容箱和电阻箱的输出大小, 位相同，并且1 2 X V V =，此时标准电容箱的输出电容值即为待测电容的电容大小。 2.谐振法测电容： 交流谐振电路如图二所示：
图二是由已知电感L （取1H ），电阻R （取5 k Ω）和待测电容C x 组成振荡电路，改变信号源频率使RLC 回路谐振，使得双踪示波器两个频道的波形相位相同，则电容可由下式求出： L f C X 2241π= 式中f 为频率，L 为已知电感，C x 为待测电容。 3、相对介电常数与相对磁导率的计算： 在测量固体的相对介电常数时，我们用到参数已知的压电陶瓷片，可直接有公式0r S C d εε= 计算得到相对介电常数。 在测量液体电介质的电容时，我们已知2 12.9H O ε=，由 0r S C d εε= ?C =C εε液体液体 水水 易得液体的相对介电常数。 同理，密制螺绕环的一些参数也难以直接测量，若已知2 H O =1.0002μ，可由2Ll N S μ= 推得： L =L μμ液体液体 水水 电感可谐振法测得，因此可得液体的相对磁导率。
高频PCB基材介电常数与介电损耗的特性与改性进展 杨盟辉 （中南电子化学材料所，武汉 430070） 摘 要 随着高频化PCB技术与产品占有越来越重要的地位，高频电路基板材料的发展也出现了高速化，其中比较重要的一方面就是低介电常数和低介质损耗因数的材料的选择，这是PCB基板材料实现高速化，高频化的重要性能项目。文章针对基板材料的介电常数与介电损耗的关系加以论述，并对它们与外部环境的关系做出相应的阐述，使得在PCB的制造中对各种基板材料进行合理正确的评估和使用。 关键词 高频PCB, 树脂材料的改性，介电常数，介电损耗 The Dielectrics Characteristics and Modified Progress of Base Materials Applied in High Frequency Printed Circuit Board Yang Menghui Abstract With the application of high frequency printed circuit board in more fields,the base materials need to adapt the requirements of high-speed circuits.The most important factors are the dielectric characteristics,such as low dielectric constant and dielectric loss,which is propitious to the high transmission speed of printed circuit board.The dielectric constant and dielectric loss of base materials are discussed in this paper and the affected relation with environment conditions are also described.In addition,the modified progresses of difference base materials are evaluated. Keywords High Frequency Printed Circuit Board, base materials, dielectric constant, dielectric loss 0 前言 目前已经商品化的高频基板主要有三大类[1] [2]：聚四氟乙烯（PTFE）基板；热固性PPO （Polyphenyl Oxide）；交链聚丁二烯基板和环氧树脂复合基板（FR-4）。PTFE基板具有介电损耗小，介电常数小且随温度和频率的变化小，与金属铜箔的热膨胀系数接近等优点[3] [4]，从而得到了广泛的应用。PTFE与玻璃纤维、陶瓷搭配制备的基板，例如：RO3200，RO3210，RO4003等系列已经能够满足介电常数2.2~10.8，工作频段为30 MHz~30 GHz的要求[5]。虽然，PTFE微波板制造发展迅猛，但与之相适应的工艺是由传统的FR-4印制电路制造工艺改进而成[6]。现在电子信息产品特别是
介电常数 开放分类：分子生物学化学各种化学名称 编辑词条分享 介电常数 BST薄膜介电常数的温度特性
一个电容板中充入介电常数为ε的物质后电容变大ε倍。 电介质有使空间比起实际尺寸变得更大或更小的属性。例如，当一个电介质材料放在两个电荷之间，它会减少作用在它们之间的力，就像它们被移远了一样。 当电磁波穿过电介质，波的速度被减小，有更短的波长。 相对介电常数εr可以用静电场用如下方式测量:首先在其两块极板之间为空气的时候测试电容器的电容C0。然后，用同样的电容极板间距离但在极板间加入电介质后侧得电容Cx。然后相对介电常数可以用下式计算 εr=Cx/C0 对于时变电磁场，物质的介电常数和频率相关，通常称为介电系数。 介电常数又叫介质常数，介电系数或电容率，它是表示绝缘能力特性的一个系数，以字母ε 温度对介电常数的影响 附常见溶剂的介电常数 H2O (水) 78.5 HCOOH (甲酸) 58.5 HCON(CH3)2 (N,N-二甲基甲酰胺)36.7 CH3OH (甲醇) 32.7 C2H5OH (乙醇) 24.5 CH3COCH3 (丙酮) 20.7 n-C6H13OH （正己醇）13.3 CH3COOH (乙酸或醋酸) 6.15 C6H6 (苯) 2.28 CCl4 (四氯化碳) 2.24
n-C6H14 （正己烷）1.88 气体温度() 相对介电常数液体温度() 相对介电常数 水蒸汽 气态溴 氦 氢 氧 氮 氩 气态汞 空气 硫化氢 真空 乙醚 液态二氧化碳甲醇 乙醇 水 液态氨 液态氦 液态氢 液态氧 液态氮 液态氯 煤油 松节油 苯 油漆 甘油140～150 180 400 20 20 20 16.3 14 -270.8 -253 -182 -185 20 20 1.00785 1.0128 1.000074 1.00026 1.00051 1.00058 1.00056 1.00074 1.000585 1.004 1 4.335 1.585 33.7 25.7 81.5 16.2 1.058 1.22 1.465 2.28 1.9 2～4 2.2 2.283 3.5 45.8 固体氨 固体醋酸 石腊 聚苯乙烯 无线电瓷 超高频瓷 二氧化钡 橡胶 硬橡胶 纸 干砂 15%水湿砂(金刚石) 木头 琥珀 冰 虫胶 赛璐璐 玻璃 黄磷 硫 碳 云母 花岗石 大理石 食盐 氧化铍 -90 2 -5 20 16 4.01 4.1 2.0～2.1 24～2.6 6～6.5 7～8.5 106 2～3 4.3 2.5 2.5 约 2～8 2.8 2.8 3～4 3.3 4～11 4.1 4.2 5.5～1 6.5 6～8 7～9 8.3 6.2 7.5 9 介电常数 - 相关解释