任何材料都會對入射到此材料的電磁波產(chǎn)生影響，例如，部分電磁波能量會被反射回入射的方向，也有部分可能會被透射到材料的另外的表面，還有部分電磁波能量會被消耗在材料中并轉(zhuǎn)換成為其他形式的能量，例如變成熱能。

不同的材料對不同頻率和能量的入射電磁波可能會有不同的特性表現(xiàn)。例如，眼鏡鏡片就是我們用于對光波（很高頻率的電磁波）進(jìn)行影響的一種材料。一般的視力校正鏡片希望入射的光波能量全部從鏡片的另外一個(gè)表面透射出來，而墨鏡鏡片主要是將入射的光波消耗掉（或反射回入射方向，例如表面金屬鍍膜），不同顏色的墨鏡對不同頻率（顏色）的光波的透射消耗不同。

測量目標(biāo)

· 介電常數(shù)：是描述材料與電場相互作用的一個(gè)量。一般為復(fù)數(shù)，其實(shí)部（ε’）表征外部電場中存儲于材料中的能量，虛部（ ε’’）表征外部電場在材料中消耗的能量。對于不同方向的電場，材料的介電常數(shù)可能不同。

· 磁導(dǎo)率：是描述材料與磁場相互作用的一個(gè)量。一般也為復(fù)數(shù)，同樣其實(shí)部（μ’）表征外部磁場中存儲于材料中的能量，虛部（ μ’’）表征外部磁場在材料中消耗的能量。有些材料，例如，鐵，鈷等金屬和其合金具有磁滯特性。

如果知道了材料的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率，我們就可以計(jì)算出電磁波在材料內(nèi)部和兩種不同材料的表面的反射，損耗和透射的特性。

材料的高頻測量應(yīng)用

通過對材料的高頻特性測量直接推算出此材料在高頻應(yīng)用中的表現(xiàn)，例如，對材料的電磁波吸收特性的測量，我們可以推算出將此材料涂在飛機(jī)表面后飛機(jī)對雷達(dá)的隱身效果。再例如，對纖維板材料的高頻特性測量，可以推斷出此類材料是否適于作為電路板。

對材料的高頻特性的測量的另外的一類應(yīng)用，是通過讀取材料的高頻特性的變化，推斷出材料的某些特性的變化，例如，通過對面粉的高頻特性的測量，可以推斷出面粉的含水率，再例如，對地面作物對電磁波反射率的變化，可以推斷出農(nóng)作物的成熟度和收成，這是遙感測量的基礎(chǔ)。

高頻材料測量

一個(gè)完整的高頻材料測量系統(tǒng)包括如下部分：

· 測量儀表：提供激勵(lì)信號，并拾取被測材料的響應(yīng)。
· 測量夾具：確定被測材料在電場（磁場）中的位置，并提供激勵(lì)信號和響應(yīng)信號的接口。
· 測量軟件：將儀表的顯示結(jié)果（如S參數(shù)）轉(zhuǎn)換為介電常數(shù)或磁導(dǎo)率。

測量內(nèi)容：

· 復(fù)介電常數(shù)（Complex Dielectric Constant）
· 損耗正切（Loss Tangent）
· 復(fù)導(dǎo)磁率（Complex Permeability）
· S參數(shù)：插入損耗、回波損耗、反射率、輸入阻抗、屏蔽效率

材料－夾具－參數(shù)

不同的材料特性需要不同的材料方法和不同的測量夾具：

· 氣體，液體，固體
· 板狀，塊狀，粉末，切割
· 方向，多層，鐵電

對于不同的測量夾具，測量儀表得到不同的測量參數(shù)：

· 反射（和/或）透射
· 諧振頻率
· 電容（感）量

對于不同的測量夾具需要不同的測量軟件

測量方法

傳輸法

· 主要包括波導(dǎo)法、同軸線法、帶狀線傳輸法、自由空間法、傳輸線終端加載法
· 主要優(yōu)點(diǎn)：測試頻帶寬,可測試電磁參數(shù),適于高損耗材料的測試
· 主要缺點(diǎn)：對低損耗材料的損耗測試誤差較大

諧振法

· 主要包括高Q 腔法、矩形腔法、微帶諧振器法、帶狀線諧振器法、超導(dǎo)腔法、介質(zhì)諧振器法、諧振腔微擾法等。
· 諧振法是通過測試諧振腔（器）的諧振頻率和固有品質(zhì)因數(shù)，從而計(jì)算出介質(zhì)材料的微波復(fù)介電常數(shù)
· 主要優(yōu)點(diǎn)：測試準(zhǔn)確度高,特別適合于低損耗材料的測試.
· 主要缺點(diǎn)：測試頻帶窄,不能同時(shí)測試電磁參數(shù)

傳輸法

傳輸法是將被測材料置入測試裝置中，將其作為雙口網(wǎng)絡(luò)，測量此雙口網(wǎng)絡(luò)S參數(shù)，從而推算出微波的材料參數(shù)。

也可將被測材料將被測材料置入傳輸線終端作為單口網(wǎng)絡(luò)，將被測樣品加工成可嵌入波導(dǎo)或同軸線內(nèi)填滿終端，然后終端用金屬片短路，對較大面積的片狀介質(zhì)材料放置在同軸或波導(dǎo)端口外進(jìn)行測量。這樣就構(gòu)成了傳輸線終端加載法。利用傳輸線入射的波經(jīng)被測介質(zhì)反射后對復(fù)反射系數(shù)Γ進(jìn)行檢測，可推算出被測材料的復(fù)介電常數(shù)。可進(jìn)行無損測量。

自由空間測試法屬于開場測量方法，因?yàn)樗捎玫碾姶挪榫€極化平面波，所以可對材料進(jìn)行取向測試，可實(shí)現(xiàn)對介質(zhì)材料復(fù)介電常數(shù)的寬頻帶測量，在某些場合可完成非損傷測試。

主要優(yōu)點(diǎn)：測試頻帶寬,可測試電磁參數(shù)，適于高損耗材料的測試

主要缺點(diǎn)：對低損耗材料的損耗測試誤差較大

諧振法

主要包括高Q 腔法、矩形腔法、微帶諧振器法、帶狀線諧振器法、超導(dǎo)腔法、介質(zhì)諧振器法、諧振腔微擾法等。

標(biāo)準(zhǔn)圓柱形諧振腔高Q腔法采用TE01p模，被測樣品加工成圓片狀置入腔內(nèi)，在測得諧振腔加載前后的諧振頻率和固有品質(zhì)因數(shù)后，可得介質(zhì)材料的微波復(fù)介電常數(shù)。該方法由于利用了腔的高Q值和被測樣品重加載，測試準(zhǔn)確度較高，往往在國家計(jì)量部門作為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。

矩形腔法由塊狀被測樣品填充矩形腔，矩形腔的橫向尺寸與介質(zhì)大小一樣，而縱向?yàn)椴糠痔畛洌ぷ髂Ｊ酵ǔＨE10p模。

采用較小介電常數(shù)的被測介質(zhì)材料置入諧振腔，對腔內(nèi)場進(jìn)行微小的擾動，通過對諧振頻率進(jìn)行測量，可得介質(zhì)材料的復(fù)介電常數(shù)。但微擾較大時(shí)，將會出現(xiàn)較大的測試誤差。微擾法主要有TM0n0的圓柱腔微擾法和TE10p的矩形腔微擾法。

超導(dǎo)腔法是利用當(dāng)測試腔置入低溫環(huán)境下其微波表面電阻低，Q 值高的特點(diǎn)對介質(zhì)材料的復(fù)介電常數(shù)進(jìn)行測量，因?yàn)樗腝 值較常規(guī)腔高得多，所以它尤其適用于對較低損耗材料的測量。

微帶諧振器法通常將被測介質(zhì)作為環(huán)狀微帶諧振器的襯底，帶狀線諧振器法通常將被測基片作為帶狀線諧振器的襯底材料，對其諧振頻率和Q 值進(jìn)行測量，可求得復(fù)介電常數(shù)。該方法十分適合用于對微波集成電路基片復(fù)介電常數(shù)的測量。

將圓柱形高介電常數(shù)、低損耗的被測介質(zhì)置入兩金屬板之間以構(gòu)成諧振器進(jìn)行測量的方法, 其測試的準(zhǔn)確度較高。這種方法對測高介電常數(shù)的介質(zhì)材料，目前仍為最有效的方法。

諧振法在測試準(zhǔn)確度方面，尤其是低耗材料的損耗測試方面，比起傳輸要好得多。但是對于高損耗介質(zhì)材料，諧振法難以找到諧振峰。測試往往是在某一個(gè)頻率點(diǎn)進(jìn)行，從而限制了它的測試頻帶。近年來，為了彌補(bǔ)它的不足，往往采用多模技術(shù)以擴(kuò)展其測試頻帶。

主要優(yōu)點(diǎn)：測試準(zhǔn)確度高，特別適合于低損耗材料的測試

主要缺點(diǎn)：測試頻帶窄，不能同時(shí)測試電磁參數(shù)

測量裝置與儀表

多種多樣的夾具滿足各種材料和各種方法的測量。

· 傳輸線類：有同軸空氣線、波導(dǎo)腔、同軸和波導(dǎo)液體和粉末盒等等。
· 諧振腔類：有適用于低損耗介質(zhì)測量、工作在TE01模式下的微波閉腔類夾具；也有用于固體和非常薄介質(zhì)的非接觸測量的開式諧振腔類夾具。
· 自由空間類：多種設(shè)備可完成多種材料如天線罩、吸收材料、屏蔽材料、食品、植物、瀝青等等的測量。

一般對高頻材料測量多采用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀作為主要測量儀表，主要優(yōu)點(diǎn)有連接簡單，測量速度快，測量頻率范圍寬，測量精度高。對于需要現(xiàn)場使用的材料測量應(yīng)用，手持式矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀可以提供非常便于移動的測量方案。

安立公司MS4640B 高性能寬帶微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀

微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀是目前最佳的測試工具。儀器廠商（如安立公司）和第三方公司可根據(jù)不同的測試方法提供不同的軟件。最常見的用于矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的軟件如下：

· 傳輸線測量法：測量S參數(shù)，校準(zhǔn)同軸或波導(dǎo)傳輸線，處理數(shù)據(jù)，獲得μ和ε。支持5種不同的數(shù)據(jù)處理方法。
· 諧振腔法包括微波閉腔、開式諧振腔等：測量諧振腔的頻率和Q值，校準(zhǔn)諧振腔，處理數(shù)據(jù)，獲得μ和ε 。
· 自由空間法其中包括拱形空間法：測量自由空間的反射和傳輸系數(shù)，校準(zhǔn)拱形，處理數(shù)據(jù)，獲得μ和ε 。