DIN EN 61338-1-4-2006 Waveguide type dielectric resonators - Part 1-4 General information and test conditions - Measurement method of complex relative permittivity for dielectric r.pdf

1、Juni 2006DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 16DIN 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.ICS 31.14

2、0; 33.120.10!,jU“9715096www.din.deDDIN EN 61338-1-4Dielektrische Resonatoren vom Wellenleitertyp Teil 1-4: Allgemeine Informationen und Prfbedingungen Messverfahren fr die komplexe relative Dielektrizittskonstante vondielektrischen Resonatorwerkstoffen im Mikrowellen-Frequenzbereich(IEC 61338-1-4:20

3、05);Deutsche Fassung EN 61338-1-4:2006Waveguide type dielectric resonators Part 1-4: General information and test conditions Measurement method of complex relative permittivity for dielectric resonator materials atmillimetre-wave frequency (IEC 61338-1-4:2005);German version EN 61338-1-4:2006Rsonate

4、urs dilectriques modes guids Partie 1-4: Informations gnrales et conditions dessais Mthode de mesure de la permittivit relative complexe des matriaux des rsonateursdilectriques fonctionnant des frquences millimtriques (CEI 61338-1-4:2005);Version allemande EN 61338-1-4:2006Alleinverkauf der Normen d

5、urch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 32 SeitenDIN EN 61338-1-4:2006-06 2 Beginn der Gltigkeit Die von CENELEC am 2005-12-01 angenommene EN 61338-1-4 gilt als DIN-Norm ab 2006-06-01. Nationales Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN IEC 61338-1-4:2005-02. Fr diese Norm

6、ist das nationale Arbeitsgremium K 642 Piezoelektrische Bauteile zur Frequenzstabilisierung und -selektion“ der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE (http:/www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom TC 49 Piezoelectric and dielectri

7、c devices for frequency control and selection“ erarbeitet. Das IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem auf der IEC-Website unter http:/webstore.iec.ch“ mit den Daten zu dieser Publikation angegebenen Datum (maintenance result date) unverndert bleiben soll. Zu diese

8、m Zeitpunkt wird entsprechend der Entscheidung des Komitees die Publikation besttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert. Fr den Fall einer undatierten Verweisung im normativen Text (Verweisung auf eine Norm ohne Angabe des Ausgabedatums und ohne Hinweis auf eine Abschnittsnu

9、mmer, eine Tabelle, ein Bild usw.) bezieht sich die Verweisung auf die jeweils neueste gltige Ausgabe der in Bezug genommenen Norm. Fr den Fall einer datierten Verweisung im normativen Text bezieht sich die Verweisung immer auf die in Bezug genommene Ausgabe der Norm. Der Zusammenhang der zitierten

10、Normen mit den entsprechenden Deutschen Normen ergibt sich, soweit ein Zusammenhang besteht, grundstzlich ber die Nummer der entsprechenden IEC-Publikation. Beispiel: IEC 60068 ist als EN 60068 als Europische Norm durch CENELEC bernommen und als DIN EN 60068 ins Deutsche Normenwerk aufgenommen. EURO

11、PISCHE NORM EUROPEAN STANDARD NORME EUROPENNE EN 61338-1-4 Februar 2006 ICS 31.140 Deutsche Fassung Dielektrische Resonatoren vom Wellenleitertyp Teil 1-4: Allgemeine Informationen und Prfbedingungen Messverfahren fr die komplexe relative Dielektrizittskonstante von dielektrischen Resonatorwerkstoff

12、en im Mikrowellen-Frequenzbereich (IEC 61338-1-4:2005) Waveguide type dielectric resonators Part 1-4: General information and test conditions Measurement method of complex relative permittivity for dielectric resonator materials at millimetre-wave frequency (IEC 61338-1-4:2005) Rsonateurs dilectriqu

13、es modes guids Partie 1-4: Informations gnrales et conditions dessais Mthode de mesure de la permittivit relative complexe des matriaux des rsonateurs dilectriques fonctionnant des frquences millimtriques (CEI 61338-1-4:2005) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2005-12-01 angenommen. Die CENE

14、LEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit ihren bibliogra

15、phischen Angaben sind beim Zentralsekretariat oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich. Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener Verantwortung durch berse

16、tzung in seine Landessprache gemacht und dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat den gleichen Status wie die offiziellen Fassungen. CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechnischen Komitees von Belgien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Isl

17、and, Italien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, sterreich, Polen, Portugal, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. CENELEC Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung Europ

18、ean Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Normalisation Electrotechnique Zentralsekretariat: rue de Stassart 35, B-1050 Brssel 2006 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Re

19、f. Nr. EN 61338-1-4:2006 DEN 61338-1-4:2006 2 Vorwort Der Text des Schriftstcks 49/748/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe von IEC 61338-1-4, ausgearbeitet von dem IEC/TC 49 Piezoelectric and dielectric devices for frequency control and selection“, wurde der IEC-CENELEC Parallelen Abstimmung unterworfen und

20、von CENELEC am 2005-12-01 als EN 61338-1-4 angenommen. Nachstehende Daten wurden festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen Norm oder durch Anerkennung bernommen werden muss (dop): 2006-09-01 sptestes Datum, zu dem nationale Norm

21、en, die der EN entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 2008-12-01 Diese Europische Norm verweist auf Internationale Normen. Wenn eine in Bezug genommene Internationale Norm als Europische Norm anerkannt (bernommen) wurde oder wenn eine rein Europische Norm existiert, so muss stattdessen die

22、 Europische Norm angewandt werden. Die Webseite des CENELEC nennt entsprechende Informationen. Anerkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 61338-1-4:2005 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm angenommen. EN 61338-1-4:2006 3 Inhalt SeiteVorwort .2 1 Anwendungsber

23、eich und Zweck 5 2 Normative Verweisungen .5 3 Messparameter 5 4 Dielektrisches Stabresonatorverfahren mit Anregung durch NRD-Hohlleiter6 4.1 Messgerte und Messeinrichtung 6 4.2 Theorie und Berechnungsgleichungen 9 4.3 Messverfahren14 4.4 Beispiele fr Messergebnisse 17 5 Grenzwellenlngenverfahren mi

24、t Anregung durch Koaxialkabel mit kleinen Schleifen.19 5.1 Messgerte und Messeinrichtung 19 5.2 Theorie und Berechnungsgleichungen 21 5.3 Messverfahren25 Anhang A (informativ) Durch den Luftspalt zwischen dem dielektrischen Prfling und der oberen leitfhigen Scheibe verursachte Fehler von r.27 Anhang

25、 B (informativ) Ableitung von Gleichung (15) nach r.28 Literaturhinweise 30 Bilder Bild 1 Schematische Darstellung der Messgerte 7 Bild 2 Messeinrichtung fr das dielektrische Stabresonatorverfahren mit Anregung durch NRD-Hohlleiter 8 Bild 3 Hohlleiter-Messumformer zwischen NRD-Hohlleiter und Hohllei

26、ter .9 Bild 4 Aufbau eines zylindrischen dielektrischen Stabresonators, der an beiden Enden durch zwei parallele leitfhige Scheiben kurzgeschlossen ist10 Bild 5 Berechnung von u2und W als Funktion von v2fr die Resonanzmoden TE011, TE021und TE03111 Bild 6 Aufbau eines dielektrischen Referenzresonator

27、s fr die Messung von rder leitfhigen Scheiben 13 Bild 7 Durchmesser d von TE011-, TE021- und TE031-Modenresonatoren mit einer Resonanzfrequenz von 60 GHz.16 Bild 8 Durchmesser d von TE011-, TE021- und TE031-Modenresonatoren mit einer Resonanzfrequenz von 77 GHz.17 Bild 9 Beispiel fr eine TE021-Moden

28、resonanzspitze17 Bild 10 Messergebnisse fr die Temperaturabhngigkeit von f0und bei Saphir.19 Bild 11 Messeinrichtung fr das Grenzwellenlngenverfahren.20 Bild 12 Frequenzkennlinie fr einen leeren Hohlraum mit den Maen d = 7 mm und h = 31 mm22 Bild 13 Korrekturterm /a24 Bild 14 Korrekturterme A/A und

29、B/B 24 EN 61338-1-4:2006 4 SeiteBild 15 Messeinrichtung fr den Temperaturkoeffizienten der relativen Dielektrizittskonstante 25 Bild 16 Modendiagramm der TE011- und TE013-Moden fr einen leeren Hohlraum 26 Bild A.1 Fehler von , verursacht durch einen Luftspalt zwischen dem dielektrischen Prfling und

30、der oberen leitfhigen Scheibe 27 Tabellen Tabelle 1 Durchmesser der leitfhigen Scheibe. 9 Tabelle 2 Mae des dielektrischen Streifens von NRD-Hohlleitern .9 Tabelle 3 Mae des Hohlleiter-Messumformers. 9 Tabelle 4 Mae von Saphir-Referenzresonatoren und deren Fllfaktor der elektrischen Teilenergie Peun

31、d Formfaktor G. 13 Tabelle 5 Durchmesser d der Prflinge fr die Messung bei 60 GHz und 77 GHz; die Hhe h wird auf 2,25 mm und 1,80 mm fr die Messung bei 60 GHz bzw. 77 GHz festgesetzt 15 Tabelle 6 Messergebnisse fr rder leitfhigen Scheiben. 18 Tabelle 7 Messergebnisse fr und tan von Saphir- und PTFE-

32、Prflingen . 18 Tabelle 8 Empfohlene Mae fr den leitfhigen Zylinder. 21 EN 61338-1-4:2006 5 1 Anwendungsbereich und Zweck Der vorliegende Teil von IEC 61338 beschreibt ein Messverfahren fr die dielektrischen Eigenschaften von dielektrischen Resonatorwerkstoffen im Mikrowellen-Frequenzbereich. Dieses

33、Dokument beinhaltet zwei Messverfahren: a) das dielektrische Stabresonatorverfahren mit Anregung durch einen NRD-Hohlleiter (non-radiative dielectric waveguide, nicht strahlender dielektrischer Hohlleiter) und b) das Grenzwellenlngenverfahren mit Anregung durch Koaxialkabel mit kleinen Schleifen. a)

34、 Das dielektrische Stabresonatorverfahren mit Anregung durch einen NRD-Hohlleiter entspricht dem dielektrischen Stabresonatorverfahren nach IEC 61338-1-3. Dieses Verfahren hat folgende Eigen-schaften: Eine vollstndige und genaue mathematische Lsung der komplexen Dielektrizittskonstante wird durch Co

35、mputersoftware ermittelt; der Messfehler ist fr kleiner als 0,3 % und fr tan kleiner als 0,05 104; die geltenden Messbereiche fr die komplexe Dielektrizittskonstante sind bei diesem Verfahren folgende: Frequenz: 30 GHz 5 vernachlssigbar klein. Tabelle 2 gibt Beispielmae fr dielektrische Streifen des

36、 NRD-Hohlleiters im Bild 2b an. Die dielektrischen Streifen des NRD-Hohlleiters bestehen aus PTFE oder vernetztem Styrol-Kopolymer. Bild 3 zeigt einen Hohlleiter-Messumformer, der die Messeinrichtung mit den Messgerten ber WR-15- oder WR-10-Hohlleiter verbindet. Tabelle 3 gibt die Mae des Hohlleiter

37、-Messumformers an. Wie im Bild 2b ange-geben luft der dielektrische Streifen des NRD-Hohlleiters im Messumformer spitz zu. EN 61338-1-4:2006 9 Tabelle 1 Durchmesser der leitfhigen Scheibe Durchmesser d d = 5d 10d d: Durchmesser des dielektrischen Prflings Werkstoff der leitfhigen Scheibe Empfehlung:

38、 Kupfer oder Silber Tabelle 2 Mae des dielektrischen Streifens von NRD-Hohlleitern Werkstoff Messfrequenzbereich GHz Hhe hsmm Breite wsmm 55 bis 65 2,25 2,50 PTFE ( = 2,0) 75 bis 80 1,80 1,90 55 bis 65 2,25 2,00 vernetztes Styrol-Kopolymer ( = 2,5) 75 bis 80 1,80 1,60 Tabelle 3 Mae des Hohlleiter-Me

39、ssumformers Hohlleiter Frequenzbereich GHz hwgmm wwgmm hsmm WR-15 55 bis 65 3,80 1,90 2,25 WR-10 75 bis 80 2,54 1,27 1,80 Bild 3 Hohlleiter-Messumformer zwischen NRD-Hohlleiter und Hohlleiter 4.2 Theorie und Berechnungsgleichungen 4.2.1 Messung der relativen Dielektrizittskonstante und des Verlustfa

40、ktors Bild 4 zeigt den Aufbau eines TE0m1-Modenresonators. Der zylindrische dielektrische Prfling wird an beiden Enden durch die beiden parallelen leitfhigen Scheiben kurzgeschlossen. Die Werte und tan des dielektrischen Resonators werden aus der fr die TE0m1-Modenresonanz gemessenen Resonanzfrequen

41、z f0und dem unbelasteten Gtefaktor Quberechnet. Fr Werkstoffe mit = 2 bis 4, 4 bis 20 und 20 bis 30 werden die Resonanzmoden TE011, TE021bzw. TE031empfohlen. EN 61338-1-4:2006 10 Die Resonanzwellenlnge 0im freien Raum und die Hohlleiterwellenlnge gin der dielektrischen ber-tragungsleitung werden dur

42、ch folgende Gleichungen angegeben: hfc2,g00= (6) Dabei ist c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (c = 2,997 9 108m/s). Wie in 4.1 b) beschrieben kann bei der Berechnung von und tan bei h Qu). Der Wert rbei der Resonanzfrequenz f01= f0wird mit folgender Gleichung angegeben: 20u1u 1e1 er001 u1e1ue/fQQ

43、GP GPGG Q P Q P = (15) EN 61338-1-4:2006 14 Dabei sind Pe1und Pedie Fllfaktoren der elektrischen Teilenergie fr den TE021- bzw. den TE02-Referenz-resonator. G1und Gsind die Formfaktoren fr den jeweiligen Referenzresonator. Die errechneten Werte fr Peund G fr die Saphir-Referenzresonatoren mit = 9,4

44、sind in Tabelle 4 angegeben. Diese Werte gelten, wenn die tatschlichen Mae mit den Auslegungsmaen mit einer Abweichung von 0,01 mm berein-stimmen. Die Ableitung von Gleichung (15) und die Gleichungen fr P und G sind im Anhang B angegeben. ANMERKUNG 3 Der Verlustfaktor der Referenzresonatoren wird ge

45、gebenenfalls nach folgender Gleichung berechnet. =ee111uu1u1u11tantanPGPGQGQGQQ (16) 4.2.3 Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz und der relativen Dielektrizittskonstante Der Temperaturkoeffizient der Resonanzfrequenz TCF ergibt sich aus der Messung der Resonanzfrequenz bei der Temperatur T und

46、 der Referenztemperatur Trefund Anwendung von Gleichung (4). Auf die gleiche Weise ergibt sich der Temperaturkoeffizient der relativen Dielektrizittskonstante TC aus der Messung der relativen Dielektrizittskonstante bei der Temperatur T und der Referenztemperatur Trefund Anwendung von Gleichung (3).

47、 Bei einem dielektrischen Werkstoff ist die Abhngigkeit der relativen Dielektrizittskonstante von der Tempe-ratur im Allgemeinen nichtlinear. Ein Verfahren zur Behandlung dieser nichtlinearen Temperaturabhngigkeit der Resonanzfrequenz oder der relativen Dielektrizittskonstante ist in IEC 61338-1-3 b

48、eschrieben. 4.2.4 Temperaturabhngigkeit des Verlustfaktors Die Temperaturabhngigkeit von tan ergibt sich aus der Messung von tan bei verschiedenen Tempera-turen. Zur Berechnung von tan bei jeder Temperatur wird die Temperaturabhngigkeit von rbentigt. Die Temperaturabhngigkeit der Leitfhigkeit fr geglhtes Kupfer ist nach der internationalen Norm wie folgt angegeben: (S/m)20(1093,31108,5)(370+=TT (17) Wenn rbei der Referenztemperatur Trefgemessen wird, kann folgende Gleichung als Nherun