1、中华人民共和国国家标Test method for complex permittivity of solid dielectric materials at microwave frequencies- Perturbation method 本方法适用于微波固体电介质复介电常数的适用频率范围:1 = (2 - 18) GHz 。i式范围:e = 2 -10 tanoe= 1 X lO-4-5 X lO-3 1 测试UDC 62 1. 315.61 .011.5:621 .317 .08 GB 7265.1 87 适当合理地选用HJn或En。模式或具有缩短电容的中等品质因数空腔谐振器作测试腔
2、。测试腔在所确定的模式下，有其谐振频率10和固有品质因数00。当以杆状介质试样置于腔中电场集中部位时，如图1所示，有耗介质试样将扰动腔中电磁场分布，从而使谐振频率降为10s，固有品质因数亦降为Oos。如果试样体积比测试腔体积小得多，那么，这种扰动将是微榻的，因而腔体参量的变化也是微小的。根据试样扰动引起的谐振频率变化.1为10与10s之差和品质因数的改变，可以应用微扰理论分别推算出介质材料的介电常数e及介质损耗角正切tanoe。因此，应用微扰桂进行复介电常数的测试可归结为对测试腔在置人介质试样前、后的i胃振频率和国高品质因数的测里。2 样品尺寸及要求2.1 样品截面尺寸2. 1.1 圆杆i式样
3、直径Ds国家标准局1987-02-13批准1987-11 -01实施。, , . GB 7265.1 87 法兰盘介质扭J式院-、 飞同一一一一一介质试样杆 、 、习中、: I、 、 (a) Ho n微扰测试腔示意图法兰盘/波导/ , , 、/介质试样轩。/，介质测试腔, , 、 I I , I I . Y/。、0, (b) Eno微扰测试腔示意图图1测试腔示意图GB 7265.1 87 Ds只EizrlfII对Hn腔)30 - - , .J . . 1 u 式中zG一一一矩形测试腔横截面的宽边尺寸，mml R一一圆柱形测试腔的半径，mm。2. 1. 2 矩形杆试样横截面积AA=ddz1Lmm
4、2(对HZn腔)900 - -.-IV 式中zd 一般有矩形截面的长度，mm; 矩形截面的宽度.mm。w问d用干分卡尺测量试样直径Ds，在杆状试样的上、中、下三点位置上，且旋转不同的角度，进行多，取其平均值为Ds的最后值。对矩形截面的长和宽d亦应在上、中、下三点位置t进行川县，并取平均值。2.2 样品长度LsLs = b + (15-20) mm (对HZn腔)Ls=h + (15-20) mm (对Ebo腔)式中:b一一矩形测试腔横截面的窄边尺寸，mm; h一-E;叫模圆柱形测试腔的高度，mm。2.3 样品要求杆状试样的锥度在整根样品长度内小于O.Olmm。样品应为均匀介质，表面应无不正常的
5、斑点，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。样品与插入孔的配合公差为:孔尺寸公差+0.01;试样杆尺寸公差-0.01。S 测试条件3.1 正常的测试大气条件温度:20 - 30 oc , 相对温度:45 % -75 %; 气压:86-106kPa 。3.2 仲裁测试的标准大气条件温度:25 :t 1 oC; 相对湿度:48 % - 52 %; 气压:86 -106kP a 。GB 7265.1 87 4 测试方法4.1 测试系统采用图2所示的测试系统。使用具有频率微调的稳频和稳幅信号源，来撒励终端反应式测试腔，其反射功率由环形器及高精度可变衰减器而至晶体检波器，由检波电流在指
6、示器上指示其谐振点，从而在数字式频率计上读测谐振频率/00借助高精度可变衰减器和数字式频率计来测定终端反应腔的有载品质因数和无载品质因数，用电平监视系统和可变衰减器来固定测试腔支路的人射功率，以保证谐振点和半功率点电平的稳定和正确。稳幅可调信号源隔离器高精密度离器可变衰减播晶体检波器指示器4.2 对主要测试仪器和元件的要求4.2.1信出功率大于50mW，幅值稳定度优于0.02dB/lOmin，率稳定度优于5X 10-7 /lOmi川频率微调分辨率为1kHz。4.2.2 高精度可变衰减使用范围:0 -lodB 精确度:0.02dB/10dB 4.2.3 拥率计数字式频率计，分辨率优于1kHz。4
7、.2.4 介质测试腔图2测试系统图HZn模式(n为奇数)或EFno模式腔体，单榈合孔构成终端反应式腔。试样孔设于电场驻波最强处，对Ec?no模式孔在中心位置电场驻波最强处。空腔无载品质因数Qo大于14000，搞合系数约为0.4。4.2.5 电平监视器要求监视到电平变化为O.OldB。4.2.6 隔离器离比等于或大于20dB，正、反向驻波系数小于或频带宽度等于或大于4%。4.2.7 环形驻波系数1小于或等于1.15，驻波系数3小于或等于1.15，驻波系数2小于或等于1.05，1.05, 反向隔离比li等于或大于35dB，反向隔离比且等于或大于20dB，反向隔离比白等于或大于20dB，频带宽度等于
8、或大于4%。4.3 测试步GB 7285.1 87 4.3.1 置人试样前的测试腔谐振频率和品质因数4.3. 1. 1 开机预热1h，使系统正常工作。4.3. 1. 2 微调稳幅稳频信号源频率，由指示器上指示跌落到来确定谐振点，用数字式频率计读测测试腔的谐振频率10。4.3. 1. 3 在试样孔中插人金属丝，固定的数值吗上，再置高精度可变衰示在某一固定数值仇。试腔衰失谐。调节可变衰减器，使电平监视器指示在某Ao (建议Ao稍低于10dB)，调节可变衰减器使指示4.3. 1. 4 去除金属丝，使腔体谐振，保持电平监视器指示为何，度可变衰减Ae。4.3. 1. 5 按方程Ao - A. Ah =
9、101g (1 + 10 10 ) - 3.01 . (1) 计算Ah置高精度可变衰减器的衰减量于Ahe: Ahe=Ah+Ae . ( 2 ) 式中zAhe一一半功率点的衰减量，dB。在保持电平监视器指示为吨的条件下，微调稳频信号源，在谐振频率10两边，分别调到指示器指示回到的，读取频率计上频率读数11及12。4.3.2 琶人试样后的测试腔谐振频率和搞合系数4.3.2.1 重复步骤4.3.1.2，读测置人试样后测试腔的谐振频率los。4.3.2.2 调节可变衰减器，使电平监视系统指示在对应于谐振频率los的校准值叫上，再调节高精度可变衰减器，使指示器指示回到固定值仇，读取高精度可变衰减器的衰减
10、量As。4.3.3 为提高测试精确度，将杆状试样反一头置入测试腔，重复步骤4.3.2，以两次测量数据的平均作最后结果。4.3.4 测试原始记录表格见附录B。5 计算公式5. 1 对于Hln模式测试腔7265.187 GB (3b) 杆试样). (3a) (4b) . ( 5 ) (圆杆试样). . . . . . . . . . . . ( 4a) (矩形杆试样). (矩形杆试样). 4万-A-HAME-4-m QL=fo 11 - 12 户143主)斗(叫，J 0 s mm。A, A, 10 20 - 10 20 Ao A, 10 20一1020 2、wdI fos 腔的长度，mm; 试样杆
11、的半径，有Ds= 2 r , -ZL lEQ EPF-GL l 一一4r 2 OL 川Le =一4d F E L r 式中:式中z或有(圆杆试样).(6a) A , A. 1 1o 20 - 1020 QL4L4L 10 20一1020 L 4er2 tane= E (6b) (矩形杆试样)Ah-m-b-m -一1 tano.二主一4 ed OL los D2 (0.1474; el= 1 F1 试腔式对于ELO 5.2 . ( 8 ) A, A. 1 1o 20一1020 OL兰L兰L10 20 -10 20 川R2e =一一一-r2Ff 对于E品。腔，其值将在其值与腔体的结构、模式杳关，式
12、中:F1 F2为微扰公式中的理论修正系数，附录A中给出。或有( 9) . A, A. 10 20 -10 20 Ao A雹10 20 -10 20 R2 1 tan，=一一一一一-b r2E F FJ QL 品质因数00的公式计算无5.3 (10) . . . 2 x 10 20 Q自=QLAoAe 1020 + 10丁6 GB 7265.1 87 丝;42%E tan，=4%tan，+ 3 X 10-5 A .1 试腔的研制GB 7265.1 87 附录A(参考件)为提高测试灵敏度与精确度，必须设法提高微扰腔的固有品质因数。已研制的HZl5腔，宽边G为31.41mm，窄边b为15.65mm，
13、内壁表面粗糙度小于Ra 0.20m，两端带有搞合孔的短路壁采用氢炉轩焊工艺制备，腔体无载品质因数Q。大于14000。已研制的E&。腔，半径R为43.76mm，内壁表面粗糙度达Ra0.050m，亦采用氢炉轩焊工艺，腔体无载品质因数00达19300。杆状试样直径Ds对两种腔体均采用1mm，对于矩形腔，若采用矩形杆试样，则其横截面尺寸为1 mm2。试样插入孔杳一定长度，一方面增加导向精度，同时起-一段过极限波导的作用.以免能量的泄漏。A .2 微扰公式的修正微扰公式是在微扰时附加场IDI I和B1 I分别远小子微扰前腔rf:场IDo和Bo1，微扰体Af 才有较高的精确度，否则高较大的理论误差。式中:才1，(ksr) _ 1,(kor)No E 汇去y刁可穴罚。/0 s A氢MHz dB 一丁lan. x 104 ! -一备注:一一-备注
