一、核心概念对比

二、测试方法差异

1. 介电常数测定方法

• 电容法（主流方法）
  • 原理：将材料作为电容器介质，测量电容值C，通过公式 ${\epsilon }^r=\genfrac{}{}{0ex}{}{Cd}{{\epsilon }^{0}A}$ 计算介电常数（d为电极间距，A为电极面积）。
  • 关键设备：LCR表、阻抗分析仪、平行板电极系统。
  • 示例：测量聚酰亚胺薄膜的介电常数时，需控制薄膜厚度≤50μm以减少边缘效应。
• 谐振腔法（高频场景）
  • 原理：将材料置于微波谐振腔中，通过谐振频率偏移计算介电常数。
  • 应用：适用于5G通信材料（如LCP、PTFE）的毫米波频段测试。

2. 介质损耗测定方法

• 电桥法（经典方法）
  • 原理：通过惠斯通电桥平衡条件，直接测量介质损耗角正切tanδ。
  • 设备：西林电桥（频率范围：50Hz~100kHz）、数字电桥。
  • 注意事项：需消除残余电感（如使用屏蔽电缆）和杂散电容（如采用反接法）。
• 时域反射法（TDR）（高速信号场景）
  • 原理：通过分析传输线中反射信号的衰减和相位变化，提取介质损耗。
  • 应用：评估PCB板材（如FR-4、Rogers 4350B）在10GHz以上的信号完整性。

三、应用场景对比

四、关键影响因素对比

五、测试结果解读示例

案例：某高频基板材料在10GHz下的测试数据

• 介电常数：实部ε' = 3.5，虚部ε'' = 0.02
  • 解读：ε'接近设计值（3.4~3.6），表明材料极化性能符合要求；ε''极低，说明极化损耗可忽略。
• 介质损耗：tanδ = 5.7×10⁻³
  • 解读：满足5G通信要求（tanδ≤0.01），但需注意温度升高可能导致tanδ翻倍。

六、总结与建议

1. 测试优先级：
   • 储能材料（如电容器）：优先关注介电常数（高εᵣ）
   • 绝缘材料（如电缆）：优先关注介质损耗（低tanδ）
2. 设备选型：
   • 宽频需求：选择支持1MHz~10GHz的阻抗分析仪（如Keysight E4991B）
   • 高精度需求：采用电桥法（如Wayne Kerr 6500B，tanδ分辨率10⁻⁶）
3. 数据处理：
   • 需进行Cole-Cole图分析以区分极化机制（如德拜弛豫、Maxwell-Wagner效应）
   • 通过温度扫描测试（如-55℃~150℃）评估材料可靠性

通过理解介电常数与介质损耗的本质差异及测试要点，可更精准地指导材料研发与器件设计，例如在5G通信中需同时优化εᵣ和tanδ以实现低损耗、高带宽传输。