安捷伦（现为Keysight）阻抗分析仪（如E4990A、E4991B等）是材料科学、元器件测试和电路设计领域的精密测量工具。下面系统性地介绍其测试原理、方法和实用技巧。

一、核心测量原理

阻抗分析仪基于自动平衡电桥技术，通过测量电压与电流的矢量比得到复阻抗：

Z(ω) = V(ω) / I(ω) = R + jX

R：实部（电阻分量）

X：虚部（电抗分量）

衍生参数：|Z|（幅值）、θ（相位）、C（电容）、L（电感）、D（损耗因子）、Q（品质因数）

二、测试前关键准备步骤

1. 仪器与附件选择

2. 校准：精度保障的关键

执行完整三步骤校准：

开路校准：连接开路器，测量并存储寄生电容

短路校准：连接短路器，消除引线电感影响

负载校准：使用标准负载（通常50Ω）校正系统误差

进阶提示：对于夹具内的测量，必须执行端口延伸校准，将参考面移至DUT（被测件）引脚处。

三、四大基础测试方法详解

方法1：频率扫描测试

适用场景：观察阻抗参数随频率的变化特性

设置步骤：

按【Stimulus】→ 【Sweep Type】→ 【Frequency】

设定：起始频率（Start）、终止频率（Stop）、点数（Points，建议≥401）

选择对数扫描（Log）以获得更均匀的频率分布

典型应用：

电容器自谐振频率（SRF）查找

电感器频率特性评估

材料介电常数频谱分析

方法2：偏置扫描测试

适用场景：评估元件在直流偏置下的特性变化

设置方法：

【Stimulus】→ 【Sweep Type】→ 【Bias】

设置偏置范围（如：-10V 至 +10V）

启用内部偏置源（仅限支持型号）或连接外部电源

关键应用：

变容二极管C-V特性曲线

铁电材料极化特性

锂电池在不同SOC下的阻抗变化

方法3：时间扫描测试

适用场景：监测阻抗随时间的变化过程

配置流程：

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1. 【Stimulus】→ 【Sweep Type】→ 【Time】

2. 设置：总时长（如3600秒）、间隔（如10秒）

3. 选择测量参数（如|Z|、C、D）

实用案例：

电解电容器老化过程监测

材料吸湿性对介电常数的影响

电池充放电循环测试

方法4：列表扫描测试

适用场景：自定义复杂的测试序列

操作步骤：

【Stimulus】→ 【Sweep Type】→ 【List】

创建频率-偏置组合表

保存为配置文件（.lis格式）以便重复调用

高级应用：

同时扫描频率和偏压（3D特性表征）

模拟实际工作条件下的阻抗特性

四、不同被测件的专业测试方案

1. 电容器测试（重点关注参数）

测试夹具：使用16047E或直接焊接

关键参数：

容量（C）：在1kHz和1MHz下分别测量

损耗因子（D/DF）：应≤数据手册标称值

ESR：等效串联电阻（从|Z|和θ计算）

测试技巧：

小容量电容（<10pF）：使用并联模式，开路校准要精确

大容量电解电容：加直流偏置，测量频率扩展至低频（如100Hz）

2. 电感器测试

夹具选择：短接片连接或同轴夹具

测量要点：

电感量（L）：关注自谐振频率以下频段

品质因数（Q）：Q = ωL/R，要求Q > 20（高频应用）

直流电阻（DCR）：使用内部或外接DCR测量功能

注意事项：避免近场耦合，保持被测电感远离金属物体

3. 材料介电特性测试

夹具配置：16451B材料测试夹具

测量流程：

空夹具校准（Air Gap）

放入标准样品（如聚四氟乙烯）验证

测试待测材料

计算参数：

介电常数 ε' = C_sample / C_vacuum

损耗角正切 tanδ = D

可通过软件自动计算（内置材料测试选件）

4. 电池阻抗测试

专用夹具：16453A电池测试夹具（四线开尔文连接）

测试条件：

交流信号电平：10-50mV（避免极化效应）

直流偏置：电池实际工作电压

频率范围：100μHz - 1kHz（覆盖扩散过程）

数据分析：通过Nyquist图（复平面图）分离欧姆阻抗、电荷转移阻抗和Warburg扩散阻抗

五、高级测量技巧与优化

1. 提高低阻抗测量精度

使用四端对（4TP）连接法

选择【Low Z】测量模式

增加测量时间常数（Averaging > 16）

2. 提高高阻抗测量精度

使用【High Z】模式

添加防护驱动（Guard Drive）减少漏电流

在干燥环境中测试（湿度<40%）

3. 减小测量误差的技巧

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误差源            解决方法

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夹具残余参数     执行端口延伸校准

温度漂移         预热仪器30分钟，控制环境温度

电磁干扰         使用屏蔽电缆，远离干扰源

接触电阻         使用弹簧针或焊接连接

电缆晃动         固定电缆，避免移动

4. 数据后处理与分析

等效电路拟合：使用仪器内置的等效电路分析（ECM）功能

常见模型：R||C、R-L-C串联、Cole-Cole模型（材料）

拟合算法：最小二乘法（Levenberg-Marquardt）

图形化分析：

Bode图（频率响应）

Nyquist图（复阻抗平面）

Smith圆图（射频匹配）

六、常见问题快速排查