1、前言本标准是对 固体电介质微波复介电常数的测试方法的修订本标准对原标准 做了如下修订信号源由扫频信号源改为频综信号源 使测试系统大为简化 由于改窄带反射速调管扫频工作点指示器用 位普通数字电压表代替原采用的双综示波器 测试误差分析由原来采用各误差源的 贡献绝对值求和改为方和根的误差综合因而测试误差大幅下降 由原来的 降至由原来 降至 并将 的测试范围下限由改为本标准自实施之日起同时代替本标准的附录 附录 附录 都是提示的附录本标准由中华人民共和国电子工业部提出本标准由电子工业部标准化研究所归口本标准起草单位中国电子技术标准化研究所 电子科技大学本标准主要起草人张其劭王玉功李晓英中华人民共和国国
2、家标准固体电介质微波复介电常数的测试方法 代替国家质量技术监督局 批准 实施范围本标准规定了均匀的 各向同性的固体电介质材料微波复介电常数的测试方法本标准适用于频率范围为 内复介电常数的测定 推荐测试频率为 其测定范围相对介电常数实部 为 介质电损耗角正切 为定义复数介电常数 为式中 复数相对介电常数真空介电常数 其值为本标准所述及的复数介电常数实际上均指相对介电常数并以相对介电常数的实部 和介电损耗角正切 表征之测试原理在一确定频率下圆柱型 模式高品质因数测试腔的谐振长度为 固有品质因数为 如图所示 当此测试腔中放入厚度为 的盘状试样后 如图 所示将发生两方面的变化 由于介质试样的介电常数
3、大于 因此填充有试样介质的那段波导的相位常数将增大 在原频率上产生谐振的腔体长度将缩短为 由于介质试样将引入附加的介质损耗 导致测试腔的固有品质因数下降为图根据测试腔在放入介质试样前后其谐振长度变化量 和品质因数的改变量 可以分别推算出介质材料的介电常数 及介质电损耗角正切因此复介电常数的测试可归结为对高品质因数测试腔在放入介质试样前后的谐振腔长度和固有品质因数的测试测试环境条件温度相对湿度大气压力仪器和设备测试系统采用反应型系统如图 所示图此系统的特点是用精密刻度衰减器来调节测试电平让晶体检波器作等电平指示 进行高频替代法 测量介质测试腔在测品质因数时的衰减量晶体检波器作等电平指示可以完全避
4、免晶体检波器非线性而引入的误差信号源输出功率大于幅值稳定度优于频率稳定度优于频率微调分辨率优于建议采用频综信号源精密刻度衰减器使用范围 精确度建议用回旋式衰减器介质测试腔单模 工作空腔无载品质因数 调谐活塞位置读测精度 测试腔简图见附录 提示的附录数字式电压表电压分辨率 位读数晶体检波器非调配式宽频带晶体检波器隔离器隔离比优于 正 反向驻波比系数小于试样尺寸及要求样品直径式中 测试腔半径与测试腔尺寸有关的量 在推荐测试频率的试腔中 建议定为样品厚度选择试样厚度 的原则是取其电长度在 左右以提高测试灵敏度并降低测试误差在待测材料的介电常数 大致已知的情况下 可按下式计算样品厚度式中 测试频率亦即
5、测试腔的谐振频率测试腔半径样品厚度样品厚度的选择见附录 提示的附录样品要求盘状样品两主平面的不平行度不大于 两主平面的不平直度不大于样品表面应无不正常的斑点和划痕内部无不正常的杂质和气孔在测试前需严格清洁和干燥处理测试程序空测试腔的测量开机预热 使系统正常工作置信号源输出连续波频率在测试频率 上调节精密刻度衰减器在 范围内调节信号源的输出电平使晶体检波器输出在数字式电压表上读得 左右的指示数 记录此时精密刻度衰减器的衰减量调节介质测试腔 由数字式电压表指示跌到最低点来确定测试腔已调到谐振点谐振点频率为记录介质测试腔的活塞位置刻度 和谐振频率 此时数字式电压表上的读数为调节精密刻度衰减器 减少衰
6、减量 使数字式电压表上的读数自 上升恢复到 记录此时精密刻度衰减器的衰减量 则介质测试腔在谐振点引入的衰减为 以分贝计按 式计算谐振曲线半功率点 衰减量 置精密刻度衰减器于 此时数字式电压表上的读数为微调信号源的频率在谐振频率 两边分别调到数字式电压表读数恢复为 记录这两个频率 及 计算置入试样后测试腔的测量使用与 完全相同的步骤可测得在原确定频率 下的活塞位置刻度 谐振点衰减量半功率点衰减量 及半功率点 频差为提高测试精度 将介质盘状试样反一面再置入测试腔重复步骤 以试样正反两次放置所得数据的平均值作为最后结果测试原始记录表格见附录 提示的附录结果计算介电常数的实部 介质电损耗角正切 按式
7、和式 计算式中 自由空间波长测试腔半径以介电常数实部为 的介质所填充的圆波导中 波的传输相位常数其中 又分别由式 式 决定式中 自由空间光速测试腔谐振频率介质试样的厚度装试样前后两次测试腔谐振时活塞位置的差距真空以空气填充的圆波导 波的传输相位常数由下式确定式中 未装试样时测试腔谐振长度它与腔体尺寸的关系测试腔谐振模式号数装有试样时测试腔的无载品质因数装有无耗试样 假想的 时测试腔的无载品质因数 它是由未装试样的空测试腔的无载品质因数 转化而来两者的关系为为一个转化因子它与尺寸的关系为式中 圆波导中 波的截止波数它与尺寸的关系为和 分别由它们的有载品质因数 和 计算得来关系为式中 未装试样的空
8、测试腔的有载品质因数装有介质试样后 测试腔的有载品质因数反应型 电路中 未装试样的空测试腔谐振时 谐振点功率跌落所对应的衰减量反应型 电路中 装有介质试样的测试腔谐振时谐振点功率跌落所对应的衰减量腔体的有载品质因数 由 半功率 点的频宽 和谐振频率 决定分别有测试误差测试误差综合详见附录 提示的附录附录提示的附录介质测试腔结构简图建议腔体直径腔体空腔长度工作模式腔体可用螺旋腔构成 亦可用金属腔构成腔体结构简图见图耦合波导 螺旋波导 调谐活塞 介质试样 吸波圆环 调谐测试头图 介质测试腔结构简图附录提示的附录测试误差及样品厚度选择计算过程说明对于给定的测试腔模式号数 和腔体半径 为已知 测得样品
9、厚度 测试腔谐振频率 活塞位移量 后就可联解方程 而得介电常数 然而方程 是一超越方程 解之较费时间因此需要做一些具体的处理如果样品厚度 已知由方程 和 可知由 求 这样的反问题 方程 变为一个简单的三角方程对于待测的样品往往只能知道 的大致范围 也就不能根据方程 来精确设计样品厚度 基于此原因 同时为了计算简捷起见可以将介电常数 的测量范围分为若干小段 每一小段取 的中间值由方程 来计算样品厚度 对于确定的测试腔 确定可以得 的具体值 例如对于某一测试腔有可得进而可以按方程 的形式 事先计算出的数据表 以备测试计算时查用同样由方程 可以计算由此根据方程 可预先计算令则方程 可写成显然根据方程
10、 和 可以预先计算对于确定的测试腔 是这样预先计算的其数据表将极大地简化计算的过程测试误差采用方和根值进行误差综合式中 谐振频率测试误差测试腔半径的加工精度测量 时因腔体的测微头精度而引入的误差放入介质前后两次测试时 测试腔调谐的偏差 它由实验统计测定介质试样厚度的测量误差试样装入测试腔后 测量测试腔的 半功率点频宽的误差 由实验统计确定测量未装试样的测试腔的 半功率点频宽的误差 由实验统计确定测量衰减量 因衰减器精度而引入的误差测试腔中装入试样后 测量衰减量 因衰减器精度而引入的误差测试腔中未装试样时 测量衰减量 因衰减器精度而引入的误差为了达到的精确度 要求测试中附录(提示的附录)附表C 测试原始记录表测试人表Cl. A T 0 Qo=母.10苟日期Ao 20 t.1 1, H M A一幢+TIL Ab-拍A扭1, Ao = A , - A , A, A , !. 湿度f。d D 号编品称样名托位委单温度备注dB MHz MHz dB 刻度IdB 刻度IdB 口1日1mm mm I MHz mm 月|日CW叶叨叨叫|-测试计算表委托单位表C2S = 1。一1.备注tan 10 1 1 Qo, 10-4 Q但.10-41 Q o. 10- 1 Qo. .10-4 Q田Qn. =坠E q Q国N q ; mm 编号样品名称毯。
