1、-J. 回EICS 29.035.01 K 15 道昌中华人民共和国国家标准GB/T 29306. 2-2012 绝缘材料在300MHz以上频率下介电性能测定方法第2部分:谐振法Recommended meth创sfor tbe determination of the diel配tricpropert悔。finsula伽gmaterials at frequencies above 300 MHz一Part 2: Resonance methods (lEC 60377-2: 1977 ,MOD) 2012-12-31发布:m J叫v中华人民共和国国家质量监督检验检夜总局中国国家标准化管理委
2、员会2013-06-01实施发布GB/T 29306.2-2012 目次前言.1 引言.n 1 范围-2 规范性引用文件.3 试验装置.4 试样25 试验步骤.26 测得数据的计算.3 7 试验报告.3 附录A(规范性附录谐振器.10 A.1 凹形空腔式.10 A.2 同轴谐振器.12 A.3 腔谐振器.13 A.4 开腔谐振器.16 A.5 光学谐振器. . 17 GB/T 29306.2-2012 前GB/T 29306(绝缘材料在300MHz以上频率下介电性能测定方法分为以下几个部分=第1部分z总则z一一第2部分z谐振法。本部分为GB/T29306的第2部分。本部分按照GB/T1. 1-
3、2009给出的规则起草。本部分修改采用IEC60377-2: 1977(绝缘材料在300MHz以上频率下介电性能测定方法第2部分z谐振法。本部分与IEC60377-2: 1977相比，主要技术变化如下z一-增加了第2章的规范性引用文件，章条号相应做了调整z一一删除了IEC60377-2: 1977附录A中涉及的IEC60377-3(lEC元原文。本部分由中国电器工业协会提出。本部分由全国电气绝缘材料与绝缘系统评定标准化技术委员会(SAC/TC301)归口。本部分起草单位z桂林电器科学研究所、西安交通大学、机械工业北京电工技术经济研究所。本部分主要起草人z王先锋、曹晓珑、郭丽平、陈俞慧、李卫、阳
4、哗、刘亚丽。I G8/T 29306.2-2012 I 本部分所叙述的测量方法包括了谐振器的使用。所叙述的谐振器主要由一个给定横截面的传输线段组成，这一传输线段两端被短路在间距为半工作波长的任意整数倍。当试样插入谐振器时，工作波长就改变了。为了重建谐振，需要相应地改变频率或变化谐振器的长度，Q值的相应改变可测量出试样的介电性能。谐振法与其他试验方法相比，其显著的优点在于它有极高的无载Q值，采用适宜的波形和良好的设计可以得到这一Q值E采用这种技术，能测量非常低损耗因数的试样。因此通常利用这种方法的优点，用谐振器解决特殊的测量问题(频率、试样形状和介质性能。为了避免试验结果不明确，有必要仔细地检查
5、电场构型。因此谐振器必然是一种窄频带装置，其试验频率由谐振器内试样数量、形状、介电性能和位置所决定。常用谐振器有以下几种z腔种类频率范围试样形状备注编号凹形空腔100 MHz-1 GHz 圆板形A.1 E，lO 同轴谐振摞1 GHz-3 GHz 管形A.2 空腔(闭合的1 GHz-30 GHz 圆板形、棒形A.3 开腔3 GHz 圆板形A.4 光学谐振器30 GHz 板形、片形，5 A. 5 注E频率和电容率的限定值只是近似的，假如损耗因数或电容率的测量灵敏度允许降低的话，则可超过限定值见GB/T 29306.1-2012第4章).各种谐振器及其相应的测试方法以及计算在附录A中作了比较详细的讨
6、论。E 1 范围绝缘材料在300MHz以上频率下介电性能测定方法第2部分:谐振法GB/T 29306的本部分规定了以谐振法测定绝缘材料介电性能的试验方法。GB/T 29306.2-2012 本部分适用于以谐振法测定微波频率范围即从约300MHz一直到光频)中固体、液体或熔融状介质材料的相对电容率、介质损耗因数和与此有关的量，如损耗指数。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T 1409-2006 测量电气绝缘材料在工频、音频、高频(包括米波波长在内)下电
7、容率和介质损耗因数的推荐方法(IEC60250 :1 969 , MOD) GB/T 29306. 1-2012绝缘材料在300MHz以上频率下介电性能测定方法第1部分z总则(IEC 60377-1:1973 ,MOD) 3 试验装置谐振试验装置的主回路图见图1，试验装置的组成如下z3. 1 一台足够功率能提供所要求的频率发生器。在整个所要求的频率范围内，频率可以是人工调节，也可以是自动调节(一个扫频源)。注1，扫频发生器与显示装置(见3.2.2)结合使用，便于快速试验。操作时应注意，使显示的谐振曲线的形状不受过高扫描速度影响.输出功率可调并要求自动控制(ALC)。注2，用于固定频率测试的人工
8、调频发生器将具有足够的工作稳定度，通常小于或等于1ppm的频率稳定度就够了.注3，为了避免频率牵引，建议在频率发生器和回路之间插入一个隔离器或衰减器.为了避免假的谐振，谐波含量应小于1%。3.2 一个在试验频率下有足够灵敏度的检测器，各种形式的这种检测器都可用来与人工调频或自动调频的发生器接在一起。3.2. 1 由于固定频率测试的检测器将具有足够的工作稳定性，元论是有放大或没有放大的二极管伏特计，还是用自动调频或不用自动调频(AFC)的能将发生器输出调到微波频率或低频率的接收装置，都能用作检测器。注1，通常，宽频带的检测器使用起来比较方便，因为这种检测器不用调到发生器频率，而且谐振装置能够充分
9、的辨别出外界的微波干扰.但是，应注意检测器的输入电平是较低的，并且在微波频率下屏蔽是有效的，但在低频下就不一定有效z因此，一个受环境干扰的区域必须要有一台已调好的接收装置.在任何情况下，应该注意避免可能由电子设备的电源线和互相连接的波导管的屏蔽而形成的接地回路.1 GB/T 29306.2-2012 注2:显示出两个输入之商(即z谐振器的输出和频率发生器的输出之比的接收装置是有利的，因为它避免了频率发生器输出功率变化所造成的误差。3.2.2 应采用具有扫描测量的显示装置，由于它只显示谐振器的检波输出，所以任何有足够灵敏度的普通用途的示波器都可使用。注z因为双踪示波器(交替式工作消除了由于发生器
10、输出变化所造成的误差，所以优先采用。3.3 一台在工作频率范围内有足够分辨率的频率计。3.4 一个3dB标准衰减器或一个可变标准衰减器。3.5 一台在所要求的频率下谐振的谐振器。注z商业上不可能有一种谐振装置在任何测试问题上都能得到最佳试验结果，因此应对这些谐振器的结构绘出一5. 1 试样插入谐振器中建立谐振，然后记下所调谐的数值(分别为频率fL或长度lL)。5.2 采用使谐振器失谐的办法或改变频率的办法测出有试样谐振器的半功率宽带8人，然后从下式求出有试样谐振器的品质因数QL:Q-4-tL L-8fL - 8lL 5.3 将试样从谐振器中取出，按照5.1再次谐振这时数值分别为fu或lu)0
11、5.4 按照5.2确定无载谐振器的品质因数z2 Q一fu_ lu 一一一u 8fu 8lu 注1:对谐振器的加稿与去搞将不影响任何一次调谐所测出的半功率宽带.注2:采用半功率点II和l2或者11和12的平均值可提高谐振调谐值t或f的测定精度.l=斗主8l=ll-l2 f=常数_f1+1 f一一亏.:!.1_8f=f1一f2l=常数GB/T 29306.2-2012 注3:当测量低损耗试样，被测定的两个Q值只有很小的差别时，采用平方定律检测器的输出，精度可以提高，而且步骤可以简化.例如其中一个Q值是已知时，则zJZ 式中g81、82一一分别为相应于品质因数Q1、岛的伏特表的偏转。若检测器上的谐振
12、电压矶和民用一个校正过的可变衰减器来保持恒定，则zQ2 =Q1 10Al20 式中zA=(1gU2一19U1)是用dB表示的所要求的衰减增量，衰减器应给出衰减量A的精度至少为0.1dB. 5.5 所有测量应在温度偏差不超过士2C的情况下进行，除非对温度的影响可以校正到具有足够的精度。6 测得数据的计算测得数据按附录A所叙述的各特殊试验装置的说明进行计算。7 试验报告试验报告应给出下列情况z一一绝缘材料的型号、名称和交货形式z一一-取样方法、试样形状、尺寸和取样日期，对试样接触面处理的情况z一一试样的条件处理方法和时间z一一一试验期间温度、相对湿度和试样温度;一一所用的测量装置和试验方法z一一外
13、施微波电源z一外施频率或自由空间波长3-外施波的波形(试样优选的一个轴线相对于外施电场方向配置的情况); 一一-相对电容率(平均值); 一一介质损耗因数tan或介质损耗指数E飞(平均值h一一试验日期。3 GB/T 29306.2-2012 5 -胃、一_町、-说明g / / / / / F /jj J 一/4 说明21一一通道孔F2一一接到示波器53一一主测徽计s4一一搞合环$5一一金属软劈腔z6一一试样z7一一-侧测微计。GB/T 29306.2-2012 圄2回腔谐振器(示意圄)5 GB/T 29306.2-2012 说明21一-滑动插头E2一一接自发生器$3一一接示波器F4一一试样.(c
14、m!s) 2 40 30 J) 10 。4 圄3同轴谐振器1(2=饷z一乙3 。1(2=作，2固4(/0. dO)2模式固=圆柱形空腔最下面的10个振荡器模的前四种震荡的/(K)6 3 说明zI一一试样，2一一藕合膜片。a) 空腔谐振器说明21-一一试样z2一一捐合环.b) TMol0空腹谐振器圄5空腔谐振器GB/T 29306.2-2012 TEo披导管输入2 7 GB/T 29306.2-2012 H1I EOl 8 H21 Hol Hll E1I EZl 固6固柱形空腔谐振器某些次型渡的瞬时电场构形和截止擅长Modes Hlmn Hlmn.modes 型波H1I 巳1HZl HOl H3
15、1 E21 Hu H12 Eo2 E31 HS1 H22 Z) 2 3 Jdo 1. 706 27 1. 308 38 1. 028 62 0.81989 0.747 78 0.611 72 0.59079 0.58026 0.560 12 0.49239 0.48968 0.46846 0.447 81 1. 4 1. 2 1. 0 0.2 230 生一一+do -I I 固7在圆柱形空腔谐振器上各种E1皿和盹m波形的波形因敢对穿透深度(由于趋肤效应造成关系圄.r 说明1一一接自振荡器z2一一短路板s3一一夹架54一一接到检波器55一一试样.说明1一一试样32一一平面反射器.R -GB/T
16、29306.2-2012 图8开腔谐振器2 接到检波器接自发生器以平面反射器上糯合到谐振器固9半共焦谐振器9 GB/T 29306.2-2012 A.1 凹形空腔式附录A规范性附录谐振器A. 1. 1 凹形空腔谐振器用于100MHz-1 000 MHz的频率范围，适合于测试低电容率(e:r10)的圆板形试样(见图2)。A. 1.2 工作原理凹形空腔谐振器主要由一段固定长度的同铀传输线组成。其两端被短路，借助于靠近中心导体下端的一个可变集中电容器装载试样。注s这个电容器在作用相当于GB/T1409-2006第5章所说的测微电容器，该电容器与一段传输线连接起来，形成一个包括该电容器本身在内的谐振回
17、蹄。谐振频率借助于传输线的长度、特性阻扰以及测微电容器的有效电容来确定。A. 1.3 设计J 在外直径与内直径之比接近于3.5时(Zo:=:750)，谐振器可得到最佳性能。为了避免波导波形d, Mdo+d,) 的激励，平均圆周长应小于最短工作波长，即:2 M do+d,) min .-u 2且对于一个给定的总长度(l，+l2+的，空谐振器的谐振频率盹可从下式近似计算而得到z.( 1 ) 4h ,., do 1. (1)rlrl2 一一一=60ln2ltar14i+tan一:2l . . . . . . . . ( 2 ) re:Od -_. do飞c，. C I 测微电容器的真实电容应借助于一
18、个已知电容率的试样校正来确定，例如采用熔融石英、99.9%的纯氧化铝、聚四氟乙烯等试样，它们的直径d.比中心导体的直径d，至少小试样厚度的两倍。除非进行扫频测量，否则测微电容器应该在谐振器的整个工作频率范围内的各个频率下进行校正，此测微电容器可使谐振器至少在低频半功率点上失谐。为了建立对谐振器的恒定藕合，把捐合环插到上端，采用金属波纹管避免了与可移动的中心导体之间的滑动接触。A. 1. 4 试样试样是直径为d.的圆盘形平板。d.:s.d，一岛，式中24 中心导体的直径zh.一一试样的厚度，试样的两表面应是平的，并且彼此平行，不平行度应小于0.0500注g有两种方法测试试样za) 在测微电容器上
19、取空气隙为(h1-h.)，并且试样上不加电极.用该方法测定相对电容率时，因试样厚度测定的不准确性而造成的误差被减小了.由于这种影响精确到一级近似值是与(Er-l)成比例，当测电容率较低的试样肘，其测量精度大大提高了.对于低损耗材料，由于不存在不可控制的接触电阻，所以本方法应优先采用.b) 测量电容率Er5的试样时，建议采取一种适当的标准化技术，使试样两个平的表面金属化，试样夹在测微电容器的两个电极之间，测量低损耗试样的介质损耗因数应采用方法a) 10 A. 1.5 数据计算A. 1. 5. 1 测量的量试样直径d.; 试样厚度h.; 有载谐振器的谐振频率/L;有载谐振器半功率带宽afLl)或测
20、微电容器读数ft?及品质因数QL;有载谐振器的测微电容器的两电极之间的距离hL;试样除去后，在f1下恢复谐振时测微电容器的两电极之间的距离hu;试样除去后，半功率带宽af)或测微电容器读数r)及品质因数QuoA. 1.5.2 校正表上的读数电极之间距离为儿时的电容Cd电极之间距离为hL时的电容CLQ;若需要时z在频率/L时的半功率带宽lJfL对应于测微电容器读数r】z在频率fu=fL时的半功率带宽lJfu对应于测微电容器读数rreA. 1. 5. 3 计算和结果C一Eod!一so 4h. C.=rC回a) 假如电极不接触试样(空气隙距离为hL-h.): C皿=C回去h h. Er r 1 C、
21、=/CLo-Cu L(困，一1+h. hd ro :. ;, +h. 飞Cu-C+C so J I . L飞Cu一CL。十C回/ 品，一品Cr afL -afu anlJ= 1十E一一.!1 .一一一一一一飞rh. / C. fL GB/T 29306.2-2012 . ( 3 ) . ( 3a ) ( 4 ) . ( 5 ) 1, I hL-h. CT 1/Qu飞=l+E一一I0一o.: 一-11. . ( 6 ) 飞rh. / C. QL飞QL / b) 假如电极接触试样zcu-CLo+C回Er= C回( 7 ) 注z假如加在试样上的两电极的厚度a太大，以至于与试样厚度h.相比不能忽略时，
22、式(7)中的电容C回应该用式(4)中的C.来代之，其中hL=hr十2ans=EZ.丛二丛)=艺工.2 (旦-1).(8)C.飞fL/ C. Qu飞QL J 式中=CT一一测量系统的总电容，用试验方法可从式9推导出来zf _ _ro 2五f-VT 式中z( 9 ) f一一两次谐振调谐频率f1和fz的频率中值，对应于Cu1和Cuz两个电容值，Cu1和Cuz能从谐振器校正图表中读出。1) 仅对扫频而言.2) 仅对固定频率法而言.11 GB/T 29306.2-2012 A.2 同轴谐振器A.2.1 同轴谐振器用于1GHz-7 GHz的频率范围。同轴谐振器适合于测试任意电容率的管形试样，管形试样在横截
23、面尺寸上与传输线紧配合。谐振器垂直安装时不垂直度在0.05。之内可作为试验池进行液体测试。A.2.2 工作原理同轴谐振器由一端被试样架短路，另一端被一固定短路回路或可移动的接触式波导短路器(见图3)短路的一段同轴传输线组成。第一种情况是将频率调到谐振。显然，试验频率取决于谐振器和试样的尺寸，以及试样的电容率。第二种情况是谐振器调到所要求的试验频率。数据的计算类似于传输线方法中的情况(在考虑中。A.2.3 设计具有标准特性阻扰和标准外导体直径的同轴谐振器在商业上可获得(称为未开槽线段勺，它们的频率下限受中心导体产生的垂度的影响，而频率上限主要由TEI1型波的截止频率所决定。do +d1Ji.:
24、回扭=一n一-vE，因此，在给定试样相对电容率已时，就限制了可用的外导体直径do。影响此测量方法精度的其他限制是=试样与谐振器配合的机械公差和在可调谐振器中调节滑动短路器的重复性。A.2.4 试样试样应加工到规定公差范围之内(士0.005mm)，以便与谐振器的横截面配合。试样的前、后两个面应加工成垂直于它的轴，不垂直度应小于0.050采用长度为半波长整数倍的试样可以得到最佳的结果。推荐采取一种适当的标准化技术，使接触表面金属化。A.2.5 数据计算A.2.5.1 测量的量试样长度l. a) 可调式谐振器z一一-谐振频率J，或波导波长g;一一有试样时谐振器的谐振调谐值h;一一有试样时谐振器的半功
25、率带宽lu-一元试样时谐振器的谐振调谐值lu;一-一元试样时谐振器的半功率带宽lu b) 固定式谐振器z-一谐振器长度l，;一一有试样时谐振器的谐振频率!L;一一有试样时谐振器的半功率带宽s盯!L一一元试样时谐振器的谐振频率f儿u一元试样时谐振器的半功率带宽!u A.2.5.2 计算和结果m t. 二二sinlt/QL.u J1+sin2/QL.u 式中z下标L和u分别表示有试样谐振器和无试样谐振器。.( 10 ) GB/T 29306.2-2012 假如:n:!QL.uO.l，则zmL.u-!QL.u. . . . . . . . ( 10a ) 当精确到一级近似值，且介质损耗因数tan8注
26、10-3，在下面的方程式中采用的最终匹配系数由式。1)给出。m=mL -mu . ( 11 ) 从而z1 (1-m2)+tan.l一jm(1十tanZ.l) _ tanhy.l. _ tanhz , 一一一一-=一一一二. .( 12 ) l. 1十旷tanz.l.l. z 式中z对于m/ / jl! 情况，等式(12)能划分成实部和虚部两个部分. Jt叫树;二啥=!平j/i _ ，m(1十tan.l)fs一气l+x(于:);一芋;/ 有试样谐振器谐振/亏;，/a) .l是在固定琐验频裹在下，试样去除以后恢复谐振所需要的长b) .叶卢凡而F=Tn是蜘和L分别为无试时的波长。川y.=.+j. 而
27、和/ /占(jzf=(等fEHr=坦(主f=2a. (之r2ml十(l.)Z(气 f:1. x叫引马至可tanhz t飞./ 二/对于函数-Z二和王二的任何特殊值巴另列属表，分别有无数个z和Z值，从这些数值中应选取最合适的一个，假如已知道相对电容率的近似值，则这种选取更为方便。因此，111 、 HH-4. ( 14 ) 1JU川?lHUU仆/川叮/川飞/仆/HH/ / . . ( 17 ) A.3 腔谐振器A.3.1 空腔谐振器用于1GHz到约30GHz的频率范围。假如采用一种合适的波形，能够足够精确地解出麦克斯韦尔方程，并且试样除去后仍保持这一波形，则空腔谐振器适合测试圆板形或棒形固体试样以
28、及液体试样。误差可能来自于波形变换或所存在的衰减。因此在空腔谐振器的设计中，仔细地检查形成的电场构形和研究藕合元件的结构是十分重要的。建议参考波形图见图的.注1.能够利用振荡模的陷波来裁去或失谐不想要的波形.注2.TMolO谐振器最适合于1GHz-I0 GHz频率范围的测量，而10GHz以上的测量，最好用TE.，l谐波器.13 GB/T 29306.2-2012 A.3.2 工作原理两种工作波型是可行的za) 将圆板形试样见图5a)J装入谐振器的截面并占据其部分长度，只有在试样部分因电容率的改变，其波长也有改变。从原理上说，这种工作波形与A.2.2、A.2. 4和A.2. 5中所讨论的同轴谐振
29、器的情况没有什么不同，上述几条可作为参考。注1:假如采用TEo.型波，则大大减低了紧配问题。b) 将直径比腔直径do小，其值为d.的棒形试样见图5b)J装人谐振器，并占据其全部长度，波长).的改变取决于现有电场构形、试样填充因数及其电容率。试样的电容率从解不均匀空间的麦克斯韦尔方程组而得到。通常这些腔都应有固定长度。注2:假如试样直径为径向波长的相当大一部分，则推荐采用TEo.型波，因为这类波形对于试样及谐振器长度的匹配精度是比较不敏感的.注意z为了避免由于试样内部引起的高次谐波所造成的误差，试样直径应选择在试验频率下能截止试样内的任何传播波形.注3:试样直径与1/2径向波长相比显得小时，可将
30、试祥经空腔前面上的一些中心小孔而穿过空腔，因此不用对试样长度进行任何修正.在这种情况下应使用TMo.型波.A.3.3 设计为了对材料进行试验，只有轴向对称的波形(见图的才有意义，即TEon1型波和TMon1形波。特殊波形及空腔尺寸的选择主要根据能最佳地操作、试验材料的形状、数量和性能来考虑(见图的，其他方面的考虑还有za) TE型波最适用于可调的空腔谐振器，因为不需要接触式波导短路器，因此提高了所得到的品质因数和调谐的重复性而且可以使用来插人试样而仍能使试样与谐振器的轴同心，由于电流线是环绕的，使用圆缝隙不会破坏电场特性。注1:TEol型波具有随频率增大而衰减变小的显著特点，所以在较高频率时特
31、别有用。注2:为了抑制不想要的TMl1型波，这种波与TEol型波衰减后可能降低元载品质因数毡，用单块的谐振腔顶板就可从谐振腔中隔离.b) 恰恰只能在非常扁的谐振器中建立TMon波形，并产生最佳的特性，而且只需要比较少量的试验材料。但是这些波形的一个主要缺点是试样和空腔之间接触的有效性对试验结果有很大关系。因此采用这些被形只限于TMonO型。注3:为了避免降低TM空腔的性能，孔的边缘应该与电力线或磁力线的波节相重合(如果不使用非常薄的试样).注4.假如试样直径是足够小的，TM空腔可以测量元外偏场的磁性材料的介电性能.A.3.4 试样试样应适用于所采用的方法见A.3. 2)，只有与电场的电力线相交
32、(即用TM型波的那些接触表面上才需要金属化(镀金属)。把谐振器放在垂直位置上(不垂直度应小于0.050)，按方法a也可对液体进行试验，或者按方法b用一个低介质损起因数的薄壁管作为试验池对液体进行试验。试验池的影响可以计算出，即用同样直径但不同壁厚的管子重复试验并外推至壁厚为零。A.3.5 数据计算A.3.5.1 测量的量方法a:圆板形试样装入谐振器横截面时，除了需测出A.2. 5.1中所列举的一些量外，还需要测出空腔直径doo方法b:棒形试样时，除了需测出A.2. 5. lb)所列举的一些量外，还需要测出空腔直径do和试样直径d.。A.3.5.2 计算和结果注1:下面的计算只对低损耗试样有效。
33、a) 圆板形试样，TE型波GB/T 29306.2-2012 假如引人一个视在披导波长g,A. 2. 5. 2的式。O)式(14)也能使用，若频率f被测出，则空腔谐振器的披导波长是zg f F-可l-(:f式中zfc一一所采用波形的截止频率zfc一一-空腔直径do的函数，而且与截止波长c有关，可用下式表示s c .#cr 飞飞飞 式(1日和式(16)可改写成苍困两式z( 19 ) 式中zb) 棒形试样，TM010型波注2:下式只对直径d.O.255色的试样有效，得到的相对电容率的相对误差年1%和损耗因数的相对误差、/岛町全豆豆均10%tand - dc Jo机专)ds 叫什)Er =1 + _
34、 _. _ Fl1+忡)今附)10 (吟LI11 +-一一一一+-一一一一.-一一一一_:_I1- 8 . d. 8 叫叶)1 、zJ噜i吨L, . 、. . . . . . . . . . . . . . . . . 15 GB/T 29306.2-2012 A.4 式中=(去)2 +F2(-1) 11 1 s=l+J|H 刀() 一刀(咋)F=和李Yo(品专).呻号)一瓦协号).呻号) 902 一-o p-KF 一二o r 2d口lo1 1 1厅:-do 11 I d: 1 Q = Qu; fL 瓦丰五;T/J-v| J -u. -1 Ci:) + F2 (E:r -1) I 而10，11
35、和YO分别是0阶和1阶贝塞尔(Bessel)函数和纽曼(Neumann)函数。注3:空腔损耗和电场构形的变化在式(2日中都已考虑进去了。开腔谐振器.( 23 ) ( 24 ) ( 24a ) .( 25 ) A. 4.1 开腔谐振器用于大约3GHz以上的频率范围。开腔谐振器只适用于低损耗因数的固体试样。A.4.2 工作原理棒形或圆板形试样作为一段介质波导，在试样两端用金属平板短路(见图的，于是电容率能够根据短接回路的距离(等于试样长度和视在谐振频率计算出来。通常，都使用TEonl型波，开腔谐振器比A.3所叙述的空腔谐振器优越体现于z假如采用足够大的短路板以降低辐射损耗，则由于电流损耗只出现在短
36、路板内，所以获得比较高的品质因数Q。注z短路板的最小直径do主要决定于试样高度h，和所用波形的指数1，通常do句7h.与方法3b和4比较，开腔谐振器达到比较高的填充因数，使灵敏度有所改进。要确定真实的无载品质因数Qu尚有一些问题，Qu只能在适当激励出所希望的波形中才能计算出来。A.4.3 设计开腔谐振器装置由下列部分组成za) 两块具有加工平滑的表面指朝向试样的两个表面)的短路板，短路板直径do约等于试样高度h.的七倍Fb) 试样Fc) 能够提供所要求的工作波形，并且允许对试样藕合进行调节的两个捐合元件Fd) 装置底座和部件夹架。A.4.4 试样试样是圆形横截面的圆柱体，其高度小于空气中1/2
37、预计谐振波长，上、下两个表面应是平的，而且不平行度应小于0.050A.4.5 数据计算A. 4.5.1 测量的量试样直径d.和高度h.; GB/T 29306.2-2012 谐振频率fL或自由空间谐振波长OL;有载品质因数QL值。注2若取出探针电极，对谐振器的糯合应调节到不影响谐振频率。经验证明，探针电极与试样之间的距离为d，时处于最佳工作状态.A.4.5.2 计算和结果相对电容率Er，从下式得到2叫一叩. . ( 26 ) 唱式中=a=d.f._(l:主叫211/2HH-HH-HH-HH-(27) OL Lr飞2h.J J 卢=豆豆豆f(仨主叫一11MHH-HH-MUUMUU-(27a) O
38、L L飞2h.J - J l=1，2，3，沿谐振器轴向半波长的整数倍)和10，11，Ko，几分别是第一类和第二类0阶和1阶的贝塞尔函数。方程(26)可以用图解法解，即向值可由测出的d.h. ，OL和一个假定的t值算出，从图解可得到几个不同的an值，能够给出合理的Er值并从其中选择z=(272+(去f( 28 ) 然后损耗因数从下式计算出来ztan8=主-B、L ( 29 ) 式中zn (an) K0(1).K2(卢1)-K(1)l A=l+一一一一一|一| ErK1(1) Ln(an) -10(an). H2(an) J I 2R f 1 I n (an) K o (品) K2 (l) -K
39、(1)丁i= 3ll+一一一一I-;r, _-. rp, . -.( r-I ) 2JtgErEoh! r I K (自)L n (an ) - J 0 (n) 0 12(an ) J J .( 30 ) ( 31 ) Ra=J豆子F一一短路板的导电率。A.5 光学谐振器A.5.1 光学谐振器用于约30GHz以上的频率范围。光学谐振器适用于测定固体和液体介质材料的介电性能。A.5.2 工作原理光学谐振器的工作原理类似于同轴谐振器和空腔谐振器，主要差别是谐振器的长度相当于波长的许多倍，而试样(片状或板状只占有整个长度的很小一部分。无论是调节频率或调节长度都可以，假如能使绕射和辐射而产生的损耗保持
40、很小，亦即采用大横截面的波束(以波长计量)，则光学谐振器由于减少了外壳中的电流损耗而优于常用的微波谐振器。但是，在识别工作波形时常常会出现问题，因为具有不同波长和Qu值的各种各样的横向波形会激发出来(over-modedwaveguide勺。依靠特殊的组装，波长也可以随反射区分隔的改变而改变。通过轴向移动或径向移动谐振器内的一个小探针或试样，测出探针或谐振器输出电压，因此也可测出谐振波长(波形。17 GB/T 29306.2-2012 A.5.3 设计有三种类型的谐振器za) 众所周知的Fabry-Prot干涉仪在理论上具有高的品质因数(句10勺，因物理结构而非常适用于平板试样。不但要求反射器
41、具有充分大的反射率，而且要激励出有足够大横截面的平面波比较难，对于反射器的对准也有一定难度。根据反射器的反射率，因为d句1.对于能充分(4s).) 抑制不想要的高次波的的基本波形TEMoo波能得到最佳的Qu值，式中do是反射器的直径，s是距离.).是工作波长。注2已知波形的工作波长是不随反射器的间距的变化而变化.b) 在共焦谐振器上，比在Fabry-Prot干涉仪上能得到更高的Qu值，这是因为电场更好地限于谐振器轴上，因而绕射损耗减小了，这意味着减少横向尺寸可以得到相当的Qu值。此外简化了谐振器的最佳对准。但是共焦谐振器在介质测量上应用的困难在于所测出的值与试样沿谐振器轴的位置有极大的关系，而
42、且工作波长取决于反射器之间的距离。c) 半共焦谐振器见固的将共焦点谐振器在约半Qu值时的优点和紧贴着平面反射器的平面放置的平板试样以测量介电性能时可简化方法的优点结合起来。但是仍保持着波束波长对反射器间距的灵敏度。A.5.4 试样试样是具有足够大面积(比波束横截面的平行平板，它的厚度通常在1/2波长到几倍波长的范围内。A.5.5 数据计算用半共焦点谐振器取得的测量结果计算，可采用A.2.5中所给的方法。18 F ,. .惨怕丽、.NFONlN.UO的白NH阁。.、g 华人民共和国家标准绝缘材料在300MHz以上频率下介电性能测定方法第2部分z谐振法GB/T 29306. 2-2012 国中* 中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号。00013)北京市西城区三里河北街16号。0004日 网址总编室:(010)64275323发行中心:(010)51780235读者服务部，(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销* 开本880X1230 1/16 2013年4月第一版印张1.5字数39千字2013年4月第一次印刷* 书号:155066. 1-46697定价24.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68510107打印日期:2013年5月8日F002A
