基于矢量網絡分析儀（VNA）的介電常數測量系統應用進展

隨著5G/6G通信、智能汽車與物聯網技術的快速發展，微波（3–30 GHz）與毫米波（30–300 GHz）技術正廣泛應用于移動通信、汽車雷達及醫療檢測等領域。在移動通信方面，5G系統主要采用3.7 GHz與28 GHz頻段，Beyond 5G與6G則進一步拓展至7–24 GHz（FR3）及170 GHz以上高頻段。汽車雷達普遍使用24 GHz與76–81 GHz頻段，支撐自適應巡航、防撞預警、盲點監測等高級駕駛輔助功能，同時77–81 GHz已成為全球統一規劃的汽車雷達頻段，推動自動駕駛技術演進。

高頻段應用對材料性能提出更高要求。毫米波信號易受大氣衰減、雨衰與材料損耗影響，且電路性能受基板材料介電常數與介電損耗角正切（DF）的頻率和溫度特性顯著影響。因此，精準測量材料在微波與毫米波頻段的介電特性，成為高頻器件與系統研發的關鍵環節。尤其在汽車雷達罩、5G天線涂層、高頻PCB材料及超材料研發中，需綜合考慮溫度循環、濕度、機械應力等實際工況，實現多環境條件下的介電參數表征。

目前，基于矢量網絡分析儀（VNA）的介電測量系統已成為主流解決方案，典型系統由VNA、測量夾具與分析軟件三部分構成。安立公司提供覆蓋多頻段的VNA產品線，結合不同夾具實現高精度介電參數提取。主要測量方法分為兩類：諧振腔法與無線電波傳輸法。

諧振腔法適用于低損耗材料（DF < 0.05），如樹脂、陶瓷、薄膜等，測量頻率可達330 GHz。其中，法布里-珀羅（Fabry-Pérot）開放式諧振腔法支持20 MHz–170 GHz頻段，可高精度測量薄膜材料的各向異性，適用于77 GHz汽車雷達頻段的材料評估。TM腔諧振腔法（微擾法）適用于粉末、液體與薄膜，頻率范圍為200 MHz–10 GHz，常用于PCB基材研發，支持減壓環境測量。安立MS4640B、ME7838系列VNA配合自動調諧機制，顯著提升測量精度。

無線電波傳輸法適用于高損耗或大厚度樣品（DF ≥ 0.05），典型方法包括探頭法與自由空間法。探頭法便攜靈活，僅需接觸樣品即可測量，頻率范圍達10 MHz–55 GHz，適用于橡膠老化評估與現場檢測。自由空間法無需樣品制備，適用于涂料、多層結構與雷達罩等復雜結構。其中，頻率變化法精度高、重復性好（介電常數±1%，DF±3%），適用于低損耗材料；S參數法通過透射與反射參數反演材料參數，支持45 MHz–170 GHz測量，可同時獲取介電常數與磁導率。

安立提供全系列VNA解決方案：MS461xx系列適用于探頭法與低頻諧振腔法；ME7838系列結合頻率擴展模塊，可支持高達300 GHz的太赫茲測量，滿足6G與先進雷達材料研發需求。系統支持TRL/LRL校準與自動化測量，提升效率與可靠性。

綜上，隨著高頻技術向汽車、通信與智能感知領域深度滲透，介電常數測量已成為材料研發的核心支撐。未來，面向大帶寬、多環境、自動化測試需求，高精度、寬頻帶、多功能的VNA基測量系統將加速推動新材料與新應用的產業化進程。