開(kāi)端同軸線測(cè)量方法是一種很成熟的介電常數(shù)測(cè)量方法。用同軸線測(cè)量介電常數(shù)的方法有很多不同的結(jié)構(gòu)，但開(kāi)端方法是其中最一簡(jiǎn)單、最容易操作的一種。在過(guò)去的幾十年里，已經(jīng)有不少研究人員對(duì)開(kāi)端同軸線方法進(jìn)行了大量的研究。開(kāi)端同軸線測(cè)量方法的的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)損測(cè)量,可以用于液體、半固體(軟體樣品)的測(cè)量。因此，這種方法可以用于測(cè)量生物樣品。測(cè)量生物樣品的一個(gè)重要應(yīng)用就是用于研究電磁波對(duì)生物體的作用機(jī)制，從而一方面控制有害的生物電磁效應(yīng)，另一方面，可以利用有益的生物電磁效應(yīng)。

基本原理

電容模型

通常，開(kāi)端同軸線測(cè)量方法是與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀一同使用的。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的作用是記錄與頻率有關(guān)的復(fù)反射系數(shù)。所以,在實(shí)際的操作過(guò)程中，整個(gè)系統(tǒng)都要進(jìn)行校準(zhǔn)工作，使得測(cè)量能夠?qū)⒖计矫嬖O(shè)置在測(cè)量端，也就是開(kāi)端同軸線的末端。而后，被測(cè)量物的介電常數(shù)則由復(fù)反射系數(shù)得到。下圖是利用開(kāi)端同軸線測(cè)量介電常數(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。

在實(shí)際的情形中，開(kāi)端同軸線可以等效成下圖的電路模型。在圖中a和b分別為同軸線的內(nèi)導(dǎo)體及外導(dǎo)體的半徑。在等效電路中，Z或Cf代表與測(cè)量介電常數(shù)無(wú)關(guān)的阻抗分量，也就是邊緣場(chǎng)效應(yīng)所引起的阻抗；Z(er)是傳輸線的末端阻抗，實(shí)際上就是由被測(cè)介質(zhì)引起的阻抗；C(er)=C0er，是有耗電容，也就是代表被測(cè)介質(zhì)引起的電容；C0是傳輸線位于空氣中時(shí)的電容。因此,傳輸線實(shí)際上是一個(gè)傳感器的功能。而被測(cè)介質(zhì)在測(cè)量過(guò)程中理論上是無(wú)窮大的,并且是均勻的。但在實(shí)際過(guò)程中，被測(cè)介質(zhì)不可能是無(wú)窮大的，而是要求在有限的范圍內(nèi)。因此,由邊緣場(chǎng)效應(yīng)引起的對(duì)反射系數(shù)的影響不可以忽略。

該等效電路的合理工作頻率范圍由兩個(gè)條件所確定：①傳輸線的橫截面尺寸與波長(zhǎng)相比較小，以保證傳輸線的末端沒(méi)有強(qiáng)輻射，也就是保證大部分的能量集中在傳輸線的末端；②同時(shí)要求樣品的體積足夠大，使得邊緣場(chǎng)不被影響，也就是邊緣場(chǎng)能等效成G。這兩個(gè)條件中，前一個(gè)條件規(guī)定了工作頻率的上限，而后一個(gè)條件則規(guī)定了工作頻率的下限。另外，還有一個(gè)次要條件，就是隨著頻率的升高而增大，這是由于在倏逝波中激發(fā)了TM模式。整體而言，該等效電路的合理工作頻率范圍主要是由上述條件所限定的。