基于矢量网络分析仪（VNA）的介电常数测量系统应用进展

随着5G/6G通信、智能汽车与物联网技术的快速发展，微波（3–30 GHz）与毫米波（30–300 GHz）技术正广泛应用于移动通信、汽车雷达及医疗检测等领域。在移动通信方面，5G系统主要采用3.7 GHz与28 GHz频段，Beyond 5G与6G则进一步拓展至7–24 GHz（FR3）及170 GHz以上高频段。汽车雷达普遍使用24 GHz与76–81 GHz频段，支撑自适应巡航、防撞预警、盲点监测等高级驾驶辅助功能，同时77–81 GHz已成为全球统一规划的汽车雷达频段，推动自动驾驶技术演进。

高频段应用对材料性能提出更高要求。毫米波信号易受大气衰减、雨衰与材料损耗影响，且电路性能受基板材料介电常数与介电损耗角正切（DF）的频率和温度特性显著影响。因此，精准测量材料在微波与毫米波频段的介电特性，成为高频器件与系统研发的关键环节。尤其在汽车雷达罩、5G天线涂层、高频PCB材料及超材料研发中，需综合考虑温度循环、湿度、机械应力等实际工况，实现多环境条件下的介电参数表征。

目前，基于矢量网络分析仪（VNA）的介电测量系统已成为主流解决方案，典型系统由VNA、测量夹具与分析软件三部分构成。安立公司提供覆盖多频段的VNA产品线，结合不同夹具实现高精度介电参数提取。主要测量方法分为两类：谐振腔法与无线电波传输法。

谐振腔法适用于低损耗材料（DF < 0.05），如树脂、陶瓷、薄膜等，测量频率可达330 GHz。其中，法布里-珀罗（Fabry-Pérot）开放式谐振腔法支持20 MHz–170 GHz频段，可高精度测量薄膜材料的各向异性，适用于77 GHz汽车雷达频段的材料评估。TM腔谐振腔法（微扰法）适用于粉末、液体与薄膜，频率范围为200 MHz–10 GHz，常用于PCB基材研发，支持减压环境测量。安立MS4640B、ME7838系列VNA配合自动调谐机制，显著提升测量精度。

无线电波传输法适用于高损耗或大厚度样品（DF ≥ 0.05），典型方法包括探头法与自由空间法。探头法便携灵活，仅需接触样品即可测量，频率范围达10 MHz–55 GHz，适用于橡胶老化评估与现场检测。自由空间法无需样品制备，适用于涂料、多层结构与雷达罩等复杂结构。其中，频率变化法精度高、重复性好（介电常数±1%，DF±3%），适用于低损耗材料；S参数法通过透射与反射参数反演材料参数，支持45 MHz–170 GHz测量，可同时获取介电常数与磁导率。

安立提供全系列VNA解决方案：MS461xx系列适用于探头法与低频谐振腔法；ME7838系列结合频率扩展模块，可支持高达300 GHz的太赫兹测量，满足6G与先进雷达材料研发需求。系统支持TRL/LRL校准与自动化测量，提升效率与可靠性。

综上，随着高频技术向汽车、通信与智能感知领域深度渗透，介电常数测量已成为材料研发的核心支撑。未来，面向大带宽、多环境、自动化测试需求，高精度、宽频带、多功能的VNA基测量系统将加速推动新材料与新应用的产业化进程。