Определение характеристик материалов

Методики и приложения для определения характеристик материалов

Поддержка научных исследований в области материаловедения

Измерение диэлектрических свойств является важной частью оптимизации материала или устройства. Путем измерения диэлектрической постоянной можно определить следующие характеристики материала:

• Изменения по причине старения, температуры, влажности или механической нагрузки
• Прозрачность на определенных частотах электромагнитных излучений (например, проверка прозрачности автомобильного бампера на частотах радара)
• Совместимость с электрическими цепями (например, проверка совместимости материалов печатной платы с ВЧ-контурами)
• Постоянство

Для измерения диэлектрических свойств применяются два типа приборов. Выбор прибора зависит от диапазона частот.

• Анализаторы импеданса широко применяются в диапазонах от мГц до нескольких МГц. В большинстве реальных приложений достаточно работы на низких частотах.
• Векторные анализаторы цепей лучше пригодны для материалов в высокочастотных диапазонах от МГц до ГГц. Для измерений в терагерцовом диапазоне можно комбинировать векторный анализатор цепей с повышающими преобразователями.

Компания Rohde & Schwarz вносит вклад в научные исследования в области материаловедения благодаря своему обширному опыту в разработке ВЧ-технологий. В июле 2021 года в состав группы Rohde & Schwarz вошла компания Zurich Instruments. Предлагаемые Zurich Instruments решения для измерения импеданса и материаловедения идеально дополняют ассортимент Rohde & Schwarz.

Анализатор импеданса — низкочастотные измерения

Диэлектрик — это электрический изолятор, обладающий очень низкой проводимостью постоянного тока ввиду своей способности к поляризации. Он также может накапливать энергию на низких и средних частотах. Благодаря этому емкостному эффекту диэлектрики пригодны для хранения и рассеяния электрического заряда. Важно знать диэлектрическую постоянную материалов, используемых в конденсаторах или тонкопленочных диэлектрических компонентах, таких как:

• Электрические компоненты с малыми потерями
• Аккумуляторы энергии (например, суперконденсаторы)
• Затворы с высокой и низкой диэлектрической проницаемостью в полупроводниковых устройствах
• Пьезо- и ферроэлектрические датчики и преобразователи

Исследование импеданса диэлектрика необходимо для полного понимания физических свойств материала и для оптимизации рабочих характеристик устройства.

Анализатор импеданса оптимально подходит для измерений на низких частотах. Анализатор MFIA от Zurich Instruments способен проводить измерения в диапазоне частот от 1 мГц до 5 МГц и рассчитывать параметры импеданса, такие как диэлектрическая постоянная и коэффициент рассеяния.

Определение диэлектрических характеристик с помощью анализатора импеданса проводится на образце оптимальной формы, к которому подключаются два электрода. Как правило, в качестве образца используется конструкция из двух параллельных плат. Здесь диэлектрическая постоянная (проницаемость) определяется как соотношение емкости материала и емкости воздуха.

Векторный анализатор цепей — высокочастотные измерения

Для определения характеристик на высоких частотах требуется векторный анализатор цепей. Метод измерений зависит от требуемого диапазона частот, а также от требуемой скорости и точности измерений. Четыре основных метода:

• Метод передачи и отражения
• Метод свободного пространства
• Метод разомкнутого коаксиального пробника
• Метод резонанса (полости)

Физические и диэлектрические свойства материала также имеют важное значение. Например, речь идет о твердотельном материале, жидкости или порошке? Материал имеет высокую температуру или определенную форму? Эти характеристики оказывают существенное влияние на выбор подходящего метода измерений.

От метода измерений также зависит выбор измерительных плат, которые требуются в дополнение к векторному анализатору цепей.

Оборудование для определения характеристик материалов

Компании Rohde & Schwarz и Zurich Instruments предоставляют анализаторы импеданса и векторные анализаторы цепей, которые поддерживают все диапазоны частот, необходимые для научных исследований материалов.

В нашем ассортименте вы найдете идеальные инструменты для анализа пассивных и активных компонентов:

• Универсальные и высокоэффективные анализаторы цепей с частотами до 1,1 ТГц
• Стандартные многопортовые решения до 48 портов
• Анализаторы импеданса, охватывающие диапазон низких частот и высокого импеданса, который невозможен в традиционных анализаторах импеданса