材料測試主要測試材料的介電常數和損耗角正切，即dk,df測試。當然也有磁導率測試，這里不做討論。目前市面上有多種測試方法，主要分為傳輸反射法和諧振腔法兩大類。對于高損材料，損耗角正切在0.05以上通常采用傳輸反射法。對于低損材料，一般采用諧振腔法，df可以測試到0.0002甚至更低。諧振腔種類很多，例如有分離圓柱諧振腔，諧振腔微擾法，準光腔，分離介質諧振腔等。本文介紹分離介質諧振腔SPDR。將從以下幾個方面來闡述。

分離介質諧振腔測試原理和測試方法

IEC61189-2-721(GBT 43801-2024)標準解讀

羅德與施瓦茨提供的解決方案

01.分離介質諧振腔測試原理

測試連接圖如下：主要包括矢網以及諧振腔夾具，以及電腦（裝有材料測試軟件）組成。

先測試空載（未加樣品時）的諧振頻率f0和品質因數Q0，然后加載樣品，測試有載的諧振頻率fs和品質因數Qs.

注：待測材料介電常數越大，fs偏離f0越遠。曲線越寬，損耗df越大.

然后根據下列公式提取材料的介電常數和損耗角正切：

:相對介電常數?

h: 待測樣品厚度，單位mm

f0:空腔諧振頻率

fs:加載樣品后的諧振頻率

：是和h的函數，采用逐次逼近迭代算法。這里不做詳細解釋，可查閱相關IEC標準。

:損耗角正切

Qs:諧振夾具包含樣品的Q值

Qc:諧振器金屬損耗的Q值

QDR：諧振器介質損耗的Q值

:樣品的電磁場能量填充因子。諧振腔的物理尺寸確定后，可以通過電磁場仿真得到。對于固定的諧振腔，是個常數。

簡單說，目前市面上基本都是通過式諧振腔，即通過測試S21參數方法，得到材料的dk,df。矢網不需要做任何校準。

02.IEC61189-2-721(GBT43801-2024)標準解讀

1適用材料和范圍

IEC 61189的這一部分概述了一種方法來確定相對介電常數（）和損耗角正切（）（也稱為介電常數（Dk）和耗散因子（Df），使用SPDR方法測試覆銅層壓板或介電基材（或陶瓷等）在微波頻率（從1.1 GHz到20 GHz）的材料屬性。

2對矢網要求

500MHz到20GHz，動態范圍大于60dB

3空腔矢網S參數要求

S11和S22對稱，S21諧振峰值在-40dB到-45dB之間。SPAN是諧振曲線3dB帶寬的110%到200%（SPAN要求對加載樣品矢網也適用）

4SPDR測試夾具結構圖

5不同頻段下的SPDR測試夾具尺寸要求

6不同頻段下的SPDR測試夾具對樣品的要求

注：樣品厚度說明：測試夾具高度限制內，越厚測試誤差越小。對于特別薄的樣品，可以多層stack到0.4mm以上。

備注：樣品和夾具之間的空氣間隙不影響測試精度。

7樣品標準驗證件

單晶石英

8深弓千分尺精度要求（樣品加工尺寸測量）

分辨率優于0.001mm

9循環溫箱（circulating oven）

105°C（+5/-2°C）

10環境測試室（Test Chamber，用于變溫測試）

-125°C到+110 °C（或者供應商和用戶約定的其他溫度），溫度設置數值和實際溫度相差±1°C，到達設置溫度后，保持15分鐘以上。

11常溫測試

樣品測試前，在環境23°C±2°C，相對濕度（50±5）%下超過24小時。注：如果樣品被蝕刻或暴露在潮濕環境，需要在105°C（+5/-2°C）循環溫箱干燥2小時

12測試精度要求

（兩者取大的一個）

13

室溫測試報告

◎ 測試環境（溫度，濕度）

◎ 測試頻率

◎ 測試頻率下的相對介電常數和損耗角正切數值

◎ 樣品類型，尺寸，厚度等

◎ 測試數據是否異常

14變溫測試報告

◎ 測試溫度（T）和參考溫度（Tref）

◎ 測試頻率

◎ 測試頻率和測試溫度下的相對介電常數和損耗角正切數值

◎ 測試頻率和參考溫度下的相對介電常數和損耗角正切數值

◎ 介電常數TC和損耗角正切TC 備注：TC：溫度系數

◎ 如果多個溫度測試，需要畫出相對介電常數VS溫度變化以及損耗角正切數值VS溫度變化曲線

◎樣品類型，尺寸，厚度等

◎ 測試數據是否異常

03.羅德與施瓦茨提供的解決方案

羅德提供矢量網絡分析儀，配合第三方的SPDR夾具，為客戶提供相關材料測試解決方案。

提供的矢網產品系列如下：

ZNLE系列：

100KHz 到3GHz/4.5GHz/6GHz/14GHz/18GHz

ZNL系列：

5KHz 到3GHz/4.5GHz/6GHz/14GHz/20GHz

ZNB3000系列：

9KHz 到4.5GHz/9GHz/20GHz/26.5GHz

ZNA系列：

10MHz 到26.5GHz/43.5GHz/50GHz/67GHz

軟件控制儀表界面：

軟件常溫測試設置界面：

軟件變溫測試設置界面:

圖片說明：軟件設置圖片來自第三方軟件（泰靈思科技（深圳）有限公司）

羅德與施瓦茨業務涵蓋測試測量、技術系統、網絡與網絡安全，致力于打造一個更加安全、互聯的世界。成立90 年來，羅德與施瓦茨作為全球科技集團，通過發展尖端技術，不斷突破技術界限。公司領先的產品和解決方案賦能眾多行業客戶，助其獲得數字技術領導力。羅德與施瓦茨總部位于德國慕尼黑，作為一家私有企業，公司在全球范圍內獨立、長期、可持續地開展業務。