DIN EN 61338-1-3-2000 Waveguide type dielectric resonators - Part 1-3 General information and test conditions Measurement method of complex relative permittivity for dielectric res.pdf

1、DEUTSCHE NORMEN 61338-1-3 DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise,nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 BerlinICS 31.140; 33.120.10Waveguide type diele

2、ctric resonators Part 1-3: General information and test conditions Measurement method of complex relative permittivityfor dielectric resonator materials at microwave frequency(IEC 61338-1-3:1999);German version EN 61338-1-3:2000Rsonateurs dilectriques modes guids Partie 1-3: Informations gnrales et

3、conditions dessais Mthode de mesure de la permittivit relative complexe desmatriaux dilectriques pour les rsonateurs dilectriquesfonctionnant aux hyperfrquences(CEI 61338-1-3:1999);Version allemande EN 61338-1-3:2000Die Europische Norm EN 61338-1-3:2000 hat den Status einer Deutschen Norm.Beginn der

4、 GltigkeitDie EN 61338-1-3 wurde am 2000-01-01 angenommen.Nationales VorwortFr die vorliegende Norm ist das nationale Arbeitsgremium K 642 Piezoelektrische Bauteile zur Frequenz-stabilisierung und -selektion“ der Deutschen Elektrotechnischen Kommission im DIN und VDE (DKE)zustndig.Norm-Inhalt war ve

5、rffentlicht als E DIN IEC 49(Sec)250:1993-04.IEC hat 1997 die Benummerung der IEC-Publikationen gendert. Zu den bisher verwendeten Normnum-mern wird jeweils 60000 addiert. So ist zum Beispiel aus IEC 68 nun IEC 60068 geworden.Entwurf Oktober 2000Fortsetzung 16 Seiten ENDeutsche Elektrotechnische Kom

6、mission im DIN und VDE (DKE)Dielektrische Resonatoren vom WellenleitertypTeil 1-3: Allgemeine Informationen und PrfbedingungenMessverfahren fr die relative Dielektritzittskonstantevon dielektrischen Resonatorwerkstoffen im Mikrowellen-Frequenzbereich(IEC 61338-1-3:1999) Deutsche Fassung EN 61338-1-3

7、:2000Ref. Nr. DIN EN 61338-1-3:2000-10Preisgr. 13 Vertr.-Nr. 2513Diese Norm enthlt die deutsche bersetzung der Internationalen Norm IEC 61338-1-3 Leerseite EUROPISCHES KOMITEE FR ELEKTROTECHNISCHE NORMUNGEuropean Committee for Electrotechnical StandardizationComit Europen de Normalisation Electrotec

8、hniqueZentralsekretariat: rue de Stassart, 35 B-1050 Brsselpr 2000 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren,sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten.ENTWURFDielektrische Resonatoren vom WellenleitertypTeil 1-3: Allgemeine Informationen und Prfb

9、edingungenMessverfahren fr die relative Dielektritzittskonstantevon dielektrischen Resonatorwerkstoffen im Mikrowellen-Frequenzbereich(IEC 61338-1-3:1999)EN 61338-1-3Waveguide type dielectric resonators Part 1-3: General information and test conditions Measurement method of complex relative permitti

10、vity for dielectric resonator materials at microwave frequency(IEC 61338-1-3:1999)Rsonateurs dilectriques modes guids Partie 1-3: Informations gnrales et conditions dessais Mthode de mesure de la permittivit relative complexe des matriaux dilectriques pour les rsonateurs dilectriques fonctionnant au

11、x hyperfrquences (CEI 61338-1-3:1999)Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2000-01-01 angenommen.Die CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingun-gen festgelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nati

12、onalenNorm zu geben ist.Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sindbeim Zentralsekretariat oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich.Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch).

13、 Eine Fassung ineiner anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener Verantwortung durch bersetzung in seineLandessprache gemacht und dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie dieoffiziellen Fassungen.CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechnisch

14、en Komitees von Belgien, Dnemark, Deutschland,Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Luxemburg, Niederlande, Norwegen, sterreich,Portugal, Schweden, Schweiz, Spanien, der Tschechischen Republik und dem Vereinigten Knigreich.Ref. Nr. EN 61338-1-3:2000 DMrz 2000ICS 31.140; 33.120

15、.10Deutsche FassungSeite 2EN 61338-1-3:2000VorwortDer Text des Schriftstcks 49/444/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe von IEC 61338-1-3, ausgearbeitet von demIEC TC 49 Piezoelectric and dielectric devices for frequency control and selection“, wurde der IEC-CENELECParallelen Abstimmung unterworfen und von CE

16、NELEC am 2000-01-01 als EN 61338-1-3 angenommen.Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebene durchVerffentlichung einer identischen nationalen Norm oder durch Anerkennungbernommen werden muss (dop): 2000-10-01 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die d

17、er EN entgegenstehen,zurckgezogen werden mssen (dow): 2003-01-01AnerkennungsnotizDer Text der Internationalen Norm IEC 61338-1-3:1999 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung alsEuropische Norm angenommen.InhaltSeite SeiteVorwort 2Einleitung 31 Anwendungsbereich 32 Messparameter .33 Theorie und G

18、leichungen zur Berechnung .43.1 Relative Permittivitt und Verlustfaktor . . . . 43.2 Bestimmung der relativen Leitfhigkeit derleitenden Platten . . . . . . . . . . . . . . . . 63.3 Temperaturbeiwert der Resonanzfrequenz . 73.4 Temperaturabhngigkeit von tan G64 84 Vorbereitung der dielektrischen Prfl

19、inge .94.1 Vorbereitung der genormtendielektrischen Stbe94.2 Vorbereitung der Prflinge . . . . . . . . . . 95 Messeinrichtung und Messgerte . 105.1 Messeinrichtungen. . . . . . . . . . . . . . 105.2 Messvorrichtung fr die komplexePermittivitt 105.3 Messvorrichtung fr den Temperaturkoeffizient116 Mes

20、svorgang . 126.1 Messvorgang fr die komplexe Permittivitt 126.2 Messvorgang fr den Temperaturbeiwert . 147 Genauigkeit und Fehlereinschtzung . 147.1 Messfehler aufgrund der Gren-bestimmung der leitenden Platten . . . . . 147.2 Messfehler der relativen Leitfhigkeit. . . . 157.3 Fehler aufgrund eines

21、Luftspaltszwischen dem dielektrischen Stab und denleitenden Platten oder einer Feldstrung . 157.4 Ergebnisse der round robin“-Prfung . . . 16Anhang A Literaturverzeichnis. 16BilderBild 1 Aufbau eines zylindrischen dielektrischen, an beiden Enden durch parallele leitende Platten kurzgeschlossenen Sta

22、bresonators . . . . . . . . 4Bild 2 Messkurve der relativen Permittivitt,berechnet im TE01l-Mode5Bild 3a TE011-Mode Bild 3b TE013-Mode . . . 7Bild 3 Aufbau der genormten dielektrischenStabresonatoren zur Messung der Leitfhigkeitder leitenden Platten . . . . . . . . . . . . . . . . . 7Bild 4a f0Bild

23、4b tan G64 .8Bild 4 Temperaturunabhngigkeit von f0(Bild 4a) und tan G64 (Bild 4b) fr fnf Arten von Dielektrika = 21, 25, 30, 38 und 90. . . . . . . . . . . . . . 8Bild 5 Modenkurven der an beiden Enden durch parallele, leitende Platten kurzgeschlossenendielektrischen Resonatoren . . . . . . . . . .

24、. . 10Bild 6 Prinzipschaltbild der fr die Mikrowellen-messung erforderlichen Einrichtung . . . . . . . 11Bild 7 Messvorrichtung fr die komplexePermittivitt.12Bild 8 Messaufbau fr den Temperatur-koeffizienten 12Bild 9 Frequenzgang des TE011-Mode-Resona-tors mit = 37,5, d =8,00mm und h =3,3mm 13Bild 1

25、0 Einfgungsdmpfung (IA0),Resonanzfrequenz (f0) und Bandbreitebei halber Leistung (G44 f)13Bild 11a Bild 11b tan G64 15Bild 11 Messfehler von und tan G64 durchGrenverhltnis .15TabellenTabelle 1 Mabeispiele von genormtendielektrischen Stben . . . . . . . . . . . . . . . . 9Tabelle 2 Beispiele fr die R

26、esonanzfrequenzder TE011-Mode bei verschiedenen undAbmessungen der dielektrischen Prflinge . . . . 9Tabelle 3 Empfohlene Mae und Werkstoffefr die leitenden Platten . . . . . . . . . . . . . . 11G65G65G65G65d d()G65Seite 3EN 61338-1-3:2000EinleitungDielektrische Werkstoffe fr Mikrowellenresonatoren u

27、nd Filter haben eine hohe relative Permittivitt, einenniedrigen Verlustfaktor und eine hohe Temperaturstabilitt der Resonanzfrequenz. Kenntnisse von diesenParametern sind von wesentlicher Bedeutung fr die Entwicklung neuer Werkstoffe auf der Herstellerseite undfr die Konstruktion von dielektrischen

28、Mikrowellen-Bauelementen auf der Kundenseite.Die Parameter von dielektrischen Resonatorwerkstoffen, die fr die Konstruktion von Mikrowellen-Bauelementenbentigt werden, sind: Realteil der komplexen relativen Permittivitt: ; Verlustfaktor: tan G64; Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz: TCF; Temp

29、eraturabhngigkeit von tan G64.Verschiedene Messverfahren sind fr die Bestimmung der relativen Dielektrizittskonstanten bei Mikrowellen-frequenzen mglich; es sind die Folgenden: Dielektrisches Stabresonator-Verfahren; benutzt die Resonanz der TE011-Mode; Zylindrisches Hohlraumresonator-Verfahren; ben

30、utzt die Resonanz der TE01G64-Mode; Strungsrechnungs-Verfahren; benutzt ein zylindrisches Dielektrikum; S-Parameter-Verfahren mit einer Koaxialleitung.1 AnwendungsbereichDieser Teil der IEC 61338 beschreibt das Dielektrische Stabresonator-Verfahren, das den breiten Bereich derdielektrischen Mikrowel

31、leneigenschaften in praktischen Anwendungen abdeckt. Dieses Verfahren hat diefolgenden Eigenschaften: vollstndige und genaue mathematische Lsung der komplexen relativen Permittivitt ist durch eine einfacheSoftware gewhrleistet; der Messfehler ist kleiner als 0,3 % bei und kleiner als 0,05 104bei tan

32、 G64; TCF ist direkt, ohne irgendeine Kompensation, mit einem Messfehler, der kleiner 1 106/K ist, messbar.Zweck dieser Norm ist es, die Messverfahren von komplexen relativen Permittivitten von dielektrischen Resona-toren bei Mikrowellenfrequenzen zu beschreiben. Dazu werden bei dem Dielektrischen S

33、tabresonator-Verfahrenbeide Enden durch eine parallel liegende, leitende Platte kurzgeschlossen. Die Messgren sind , tan G64,TCF und die Temperaturabhngigkeit von tan G64 bei Resonanzfrequenz. Bei den dielektrischen Werkstoffen wirdvorausgesetzt, dass sie homogen und isotrop sind.2 MessparameterDie

34、Begriffe der Messparameter sind wie folgt definiert:(1)(2)(3)Dabei ist:D die elektrische Flussdichte;E die elektrische Feldstrke;G650die Dielektrizittskonstante;der Realteil und der Imaginrteil der komplexen relativen Permittivitt G65r.G65G65G65G65rG65 jG65 D G650E()=G64tan G65 G65=TCF12-TCG65 G61=G

35、65 G65Seite 4EN 61338-1-3:2000Es sollte beachtet werden, dass TCF als die Materialkonstante durch Gleichung (3) definiert ist, wobei TCG65 derTemperaturkoeffizient der relativen Permittivitt und G61 der Koeffizient der thermischen Expansion des Prflingsist. Jeder der Temperaturkoeffizienten wird wie

36、 folgt angegeben:(4)(5)(6)wobeifTund frefdie Resonanzfrequenzen bei der Temperatur T und der Referenztemperatur Trefist(Tref= 20 C bis 25 C);G65Tund G65refdie Realteile der komplexen relativen Permittivitt bei der Temperatur T und der Referenz-temperatur Trefist;hTund hrefdie Lngen der dielektrische

37、n Prflinge, bei denen vorausgesetzt wird, dass sie bei den Tempe-raturen T und Trefisotrop sind.Die passenden Messbereiche der dielektrischen Eigenschaften bei diesem Verfahren sind die Folgenden:3 Theorie und Gleichungen zur Berechnung3.1 Relative Permittivitt und VerlustfaktorBild 1 zeigt den Aufb

38、au eines TE0m l-Mode-Resonators. Ein zylindrischer dielektrischer Stab ist an beidenEnden mit einer parallel leitenden Platte kurzgeschlossen, so dass ein Resonator entsteht. Die Werte von und tan G64 dieses Resonators werden aus der gemessenen Resonanzfrequenz (f0) und der Leerlaufgte (Qu)der TE0m

39、l-Resonanz berechnet: Die Moden TE011, TE012und TE013werden dazu im Allgemeinen benutzt. Frequenz: 2 GHz Bild 5 Modenkurven der an beiden Enden durch parallele, leitende Plattenkurzgeschlossenen dielektrischen Resonatoren.Seite 11EN 61338-1-3:2000Tabelle 3 zeigt ein Beispiel fr die empfohlenen Mae u

40、nd Werkstoffe fr die leitenden Platten. Eine hohe Leit-fhigkeit der leitenden Platten ist empfehlenswert. Deshalb werden oft Metalle wie Silber, Kupfer und andere,mit Silber in einer Mindestdicke von 5 G6Dm berzogenen Metalle, verwendet. Die Oberflche der Platten solltespiegelblank poliert sein. Die

41、 Oberflchenrauigkeit ist mglichst bis in die Grenordnung von 0,1 G6Dm herab-zusetzen, da bei 10 GHz die Eindringtiefe im genormten, geglhten Kupfer 0,66 G6Dm betrgt.Jedes der beiden halbstarren Kabel hat oben eine kleine Leiterschleife, so dass die Schleifenebenen jeweilsparallel zu der leitenden Pl

42、atte liegen. Diese Kabel knnen nach rechts und links bewegt werden, um dieEinfgungsdmpfung (IA0) auf ungefhr 30 dB einzustellen (siehe Bild 7). Der Wert von IA0sollte so gewhltwerden, dass er grer als 20 dB ist, um die durch die Koppelschleife verursachten Feldstrungen zu verringern,und dass er klei

43、ner als 40 dB ist, um die Wirkung des thermischen Rauschens des Netzwerkanalysators zuverringern. Aus diesem Grund ist ein Mittelwert von 30 dB gewhlt worden.Ein drittes, in Bild 7 dargestelltes halbstarres Kabel wird als Bezugsleitung zur Messung des gesamten ber-tragungsleistungspegel, d. h. des B

44、ezugspegels, verwendet. Die Lnge dieser Leitung entspricht der Gesamt-summe der Lngen der beiden Kabel der Messeinrichtung. Als halbstarre Leitung werden UT-141, UT-85 undUT-47, mit einem ueren Durchmesser von 3,58 mm, 2,20 mm, oder 1,20 mm empfohlen.Tabelle 3 Empfohlene Mae und Werkstoffe fr die le

45、itenden Platten5.3 Messvorrichtung fr den TemperaturkoeffizientEine Messvorrichtung zur Messung des Temperaturkoeffizienten der Resonanzfrequenz ist in Bild 8 darge-stellt. Der dielektrische Resonator ist an beiden Enden durch zwei parallele, leitende Platten kurzgeschlossen,wobei die obere Platte d

46、urch eine Feder niedergedrckt wird. Diese Art der Plattenfederung wird fr die Ver-besserung der Messgenauigkeit empfohlen. Diese Feder reduziert die Reibung zwischen der Feder und denanderen Teilen der Vorrichtung und erlaubt eine ruckfreie Bewegung der leitenden Platten whrend der thermi-schen Ausd

47、ehnung des Prflings.Durchmesser 60 mm bis 80 mm (fr dielektrische Prflinge mit Maen von d = 5mm bis 20 mm und d/h = 0,8 mm bis 1,2 mm)Dicke 4mm bis 5mmWerkstoff Silber, Kupfer, Metalle mit einer Silberbeschichtung von ber 5 G6Dm DickeBild 6 Prinzipschaltbild der fr die Mikrowellenmessung erforderlic

48、hen EinrichtungdSeite 12EN 61338-1-3:2000Wenn der Durchmesser der leitenden Platten dreimal so gro wie der des dielektrischen Prflings ist ,erfllt der gemessene TCF in etwa die in Gleichung (3) angegebene Beziehung.6 Messvorgang6.1 Messvorgang fr die komplexe Permittivitta) VorbereitungDie Messeinrichtung ist wie in Bild 6 gezeigt aufzubauen. Alle Messeinrichtungen, Gerte und dielektri-schen Prflinge mssen in einem sauberen und trockenen Zustand gehalten werden, da hohe Luftfeuchtedie Leerlaufgte verringert. Die relative Luftfeuchte ist vorzugsweise geringer als 60 %.b) Messung des Bezu