E4991B阻抗分析仪测试介电常数标准操作流程

一、测试原理与准备

测试原理： 通过测量样品的电容（C）和损耗角正切（D），结合样品几何参数（厚度 d、电极面积 A），计算得出介电常数（ε'）和介电损耗（ε''）。

仪器与样品要求：

测试主机：E4991B射频阻抗分析仪（需安装002选件）。

测试夹具：平行板电极夹具（如16453A，适用于固体薄片样品）。

被测样品：

形状与尺寸：加工为均匀薄片（厚度建议0.1-5mm），表面平整、无毛刺，边缘垂直。

电极处理：非导体样品需在上下表面制备金属电极（如银、金），确保电极完全覆盖且无褶皱；导体或半导体样品需确保与夹具电极良好欧姆接触。

预处理：样品需充分干燥（如80℃真空干燥24h），避免水分吸附影响测试结果。

参数测量：使用千分尺（精度0.001mm）在不同位置测量厚度d并取平均值；用游标卡尺测量电极尺寸并计算面积A。

      二、详细测试步骤

1. 仪器与夹具准备

开机预热：按下【Power】键开机，预热30分钟以上，确保仪器稳定。

清洁夹具：使用无水乙醇擦拭16453A夹具的上下电极表面，去除油污或杂质。

连接仪器：将夹具信号线牢固连接到E4991B前面板的测试端口。

2. 选择测量模式

系统复位：按下【Preset】键，使仪器进入初始状态。

选择模式：依次按下【Meas】→【Measurement Mode】→选择【Permittivity】，仪器即进入介电常数测试模式，16453A夹具通常会被默认选中。

确认配置：确认测量模式为“并联”（Parallel，适用于大多数固体样品），可通过【Series/Parallel】键切换。

3. 设置测量条件

显示设置：按下【Display】→【Num of Traces】→选择【3】，以便同时显示多个参数。

Trace 1：设置为【εr'】，格式为线性（Linear）。

Trace 2：设置为【εr''】，格式为线性（Linear）。

Trace 3：设置为【tanδ】，格式为线性（Linear）。

扫描参数：按下【Stimulus】或【Sweep Setup】。

扫描类型：选择【Log Freq】（对数频率扫描）。

频率范围：根据需求设置Start（起始频率）和Stop（终止频率），例如1MHz至1GHz。

扫描点数：建议设置为201点或更高，以获得更平滑的曲线。

信号源设置：

单位：选择电压（Voltage）。

电平：设置合适的OSC Level（如100mV或1V），避免过高电压引起样品极化或过低电压导致信噪比差。

4. 端口校准与夹具补偿

进入校准菜单：按下【Cal】键。

选择夹具：选择【Accessory】→选择【16453A】。

执行校准：

开路（Open）：确保夹具电极间无任何物体，呈开路状态。选择【Calibration】→【Execute Cal】→【Open】，完成后左侧出现“√”。

短路（Short）：使用夹具附带的短路片连接上下电极，使其呈短路状态。选择【Calibration】→【Execute Cal】→【Short】，完成后左侧出现“√”。

负载（Load）：将夹具提供的标准负载（PTFE片，已知厚度和介电常数）置于电极间。选择【Calibration】→【Execute Cal】→【Load】。仪器可能会提示输入标准负载的厚度，输入准确值后确认，完成后左侧出现“√”。

完成校准：确认所有校准步骤完成后，按下【Done】键。此时校准状态应显示为“FIX”或“ON”。

5. 输入样品参数与测量

输入厚度：按下【Meas】→【Material Dimension】→【Thickness】，输入被测样品的平均厚度值。

放置样品：将被测样品小心放置于夹具下电极中央，轻轻合上上电极。确保样品与电极充分接触，但不要施加过大的压力导致样品变形或产生应力。

开始测量：仪器将自动根据设定的频率范围和参数进行扫描测量。

6. 数据读取与保存

数据读取：观察屏幕上的εr'、εr''和tanδ曲线。可使用【Marker】（标记）功能读取特定频率点下的具体数值。

数据保存：按下【Save/Recall】键。

保存数据：选择【Save Trace Data】，可将数据保存为CSV格式，方便在电脑上用Excel或其他软件进行后续分析和绘图。

保存状态：选择【Save State】，可保存当前仪器的所有设置状态，便于下次快速调用。

三、测试注意事项

1. 环境控制：测试应在恒温恒湿环境（如25℃±1℃，湿度<50%）下进行，因为温度和湿度变化会显著影响介电性能，尤其是极性材料。

2. 边缘效应：若样品直径与厚度之比过小（如<10），边缘效应不可忽略，需使用带保护环的夹具或进行边缘修正计算。

3. 接触质量：确保样品与电极之间接触良好且无气隙，否则会引入额外的接触电阻和电容，导致测量误差。

4. 频率依赖性：介电常数通常随频率变化（低频极化充分，ε'较大；高频极化滞后，ε'下降），需根据材料特性和应用需求选择合适的测试频率范围。

5. 仪器操作：在进行校准和测量时，尽量避免移动或触碰连接线缆和夹具，以免引入干扰或改变系统状态。

通过以上步骤，可准确获取材料在特定频率范围内的介电性能参数。