材料电磁参数测试主要包括介电材料和磁性材料的测试，常用的参数包括介电常数如|εr|,εr’,εr”,tanδ，磁导率如|μr|,μr’,μr”等。目前测量介电常数常用的方法主要有同轴/波导传输线法、自由空间法、谐振腔法、平行板电容法、同轴探头法等等。每种测试方法都有自己的适用范围，并没有一种能够适用所有场景的通用方法，因此需要根据以下特性选择合适的测试方法：

（1）测试频率范围

（2）期望测试的εr值范围

（3）期望达到的测试精度

（4）材料的形式 (液体、粉末、固体) 

（5）被测件尺寸

（6）被测件是否可破坏

（7）被测件是否可直接接触

（8）测试温度等

        根据不同的应用场景，推出了多种材料电磁参数测试系统，接下来带来波导传输线法介电常数测试系统的介绍。

一、系统介绍

      波导（Waveguide）是横截面为矩形或圆形的空心金属管，适用于固体材料微波频段的复相对介电常数、复相对磁导率的测量。

      这套测量装置及测量方法符合标准《GB/T 35679-2017固体材料微波频段使用波导装置的电磁参数测量方法》中的描述，并且具备对测量数据以多种方法进行处理分析的能力，准确反应材料的电磁特性。测试系统如下图所示：

二、系统配置

三、基本指标

1、工作频率范围：490MHz-40GHz,可拓展到110GHz

2、介电常数测试范围：1.0-200.0

3、测量精度：△ε/ε=±1%

4、测试方法：波导法

5、测量参数：S11、S21、S12、S22 参数，复相对介电常数，复

相对磁导率。

6、产品型号：LAMBDA-WGTS

四、系统校准

      现在的许多矢量网络分析仪(VNA)都具有极强的处理能力和灵活性并且提供了更多的校准方法供用户选择，主要有：SOLT（短路—开路—负载—直通）、TRL（直通—反射—传输）方法。SOLT校准操作方便、能够提供优异的精度和可重复性。这种校准方法要求使用短路、开路和负载标准校准件，测量准确度跟标准件的精度密切相关，一般只适合于同轴环境测量。在要求高精度且可用标准校准件与被测件的连接类型不同的情况下，一般采用 TRL 校准，TRL 校准是准确度比SOLT校准更精准的校准方式，尤其适合于非同轴环境测量，其标准件不需要像 SOLT 标准件那样进行完整或精准的定义，校准的精度只是跟 TRL 标准件的质量，重复性部分相关，而不是完全由标准件决定，制造和表征三个TRL 标准件比制造和表征四个 SOLT标准件更容易。

五、测试原理

1、将一个被测样品放置在波导测量装置内，波导装置两端通过波导同轴转换器连接至经过校准的矢量网络分析仪。分别测量 S11、S21、S12、S22 参数。选择合适的数据处理方法代入 S 参数计算复相对介电常数和复相对介电磁导率。

2.被测样品要求根据标准波导尺寸精密加工。一般选用矩形波导及适合于波导尺寸的样品，也可选用圆形波导及适合圆形波导尺寸的样品，如果制作圆形样品有困难，优先选用矩形波导及适合于波导尺寸的样品。

六、计算方法

1、反演方式1

     NRW 方法可基于波导法测量得到的 S参数，直接计算出材料的复介电常数和复磁导率，该方法无需进行迭代，具有计算速度快的特点。但是在样品厚度为半波长倍数时会出现谐振峰，影响测试结果。此外该方法对样品的安装位置精度要求较高。

2、反演方式2

     MNRW 方法基于 NRW 方法，通过限制材料的磁导率，可以更加精准地求解材料的复介电常数。此方法适合于无磁性材料的介电常数测量。

3、反演方式3

     BJ 方法基于波导中测量得的 S 参数，通过迭代的方法计算出材料的复介电常数和复磁导率。该方法不要求精准确定样品的安装位置，但求解结果对初猜比较依赖。

4、反演方式4

     MBJ 方法基于 BJ 方法，通过限制材料的磁导率，可以更加精准地求解材料的复介电常数。此方法适合于无磁性材料的介电常数测量。

注：当被测样品为非磁性材料时，可选用单独计算复相对介电常数的方法。