1、中华人民共和国国家标准微波介质基片复介电常数带状线测试方法国家技术监督局 批准 实施主题内容与适用范围本标准规定了微波介质基片复介电常数的带状线测试方法本标准适用于测试各种基片如塑料复合材料陶瓷硅酸盐和其他单晶体材料等在微波频率下的复介电常数测试频率范围测试介电常数范围测试损耗角正切范围引用标准数值修约规则测试原理以被测介质基片与良导金属片和薄带可构成典型的带状传输线 一段两端开路的带状传输线具有谐振电路的特性如图 和图 所示它的谐振频率 与基片材料的介电常数 相关 其固有品质因数与基片材料的介质损耗角正切 相联系因此应用带状线谐振器法测试介质基片的复介电常数可归结为对带状线谐振器谐振频率和固
2、有品质因数的测量图 所示的带状线谐振电路的中间宽的金属导带为谐振段两边窄的金属导带为 的传输线图 所示的带状线谐振电路是由一对被测介质基片在其正中放置一根厚度为 不大于 的良导金属带在两介质基片外侧各置一接地板而组成样品尺寸及要求若被测样品为柔性介质基片介电常数 在 的范围内时可采用如图 所示的带状线谐振电路进行测试 其测试频率在 附近 基片总厚度 为 谐振段长度 如表 所示表中 为谐振时沿谐振段分布的驻波半波长个数图图表若被测样品为各种柔性和刚性的介质基片 介电常数 在 范围内时采用如图 所示的谐振电路进行测试 其测试频率在 范围内 单片基片的尺寸为 和 分别为样品宽边和窄边的长度 为样品的
3、厚度 为当 时当 时当 时以上尺寸为推荐尺寸 在特殊情况下尺寸可以按需要适当改变测试时以两片基片为一对 其长度 和 两片试样的差应小于当基片厚度小于要求时可重叠适当数量的基片 以满足厚度的范围要求该方法适用于测量未敷或单面敷金属箔介质基片的复介电常数 若基片为双面敷金属箔 先用腐蚀的办法去掉一面金属箔若多层基片重叠测试 最外层基片上的外表面可保留金属箔其余面上的金属箔应全部去掉 然后进行测试样品的平面度对于刚性材料如陶瓷 石英等 样品的平面度应优于 对于其他材料 样品的平面度应优于样品的平行度优于样品要求样品应为均匀介质 表面应无不正常斑点 内部无不正常的杂质和气孔 在测试前应严格清洁和干燥处
4、理测试条件正常的测试大气条件温度相对湿度气压仲裁测试的标准大气条件温度相对湿度气压测试方法带状线谐振电路如图 所示的带状线谐振电路是在与被测介质基片材料相同的 厚度为的敷铜介质基片上用光刻腐蚀的办法加工而成如图 所示的带状线谐振电路 其谐振导带可以在敷铜介质基片上腐蚀加工而成 也可以用薄金属条带金属带直线度应不大于 放在被测基片正中而良导体金属接地板放在基片的外表面构成谐振器耦合装置图 带状线谐振电路的带状传输线与带状线谐振段通过间隙进行耦合图 带状线谐振电路的耦合结构由端面切平的同轴线和空气隙组成 同轴线与带状线谐振器的中心导带基本保持在同一条直线上 同轴线可固定于一个三维可调的机械辅助调节
5、机构上以实现此要求并可进行耦合量的调节 耦合度为弱耦合通过式谐振电路谐振时的插损一般在 之间即耦合缝隙宽度约在 之间测试夹具将制作的带状线谐振电路置于被测样品中间 装配在测试夹具上 为了排除基片 接地板之间的空气隙应在接地板上下两面施加压力 如图 图 所示 图 和图 分别为采用图 和图 带状线谐振电路的测试夹具图对具有不同硬度和平面度的基片所加的压力也应不同 当压力增加 为基片面积 谐振器的谐振频率降低量小于 时该压力为正常测试压力测试系统本方法采用图 的点频测试系统进行测量亦可采用附录 中图 扫频测试系统进行测量图图图主要测试仪器信号源输出功率大于频率稳定度优于频率调节分辨率优于幅度稳定度优
6、于频率计分辨率优于准确度优于精密可变衰减器衰减范围准确度优于隔离器隔离度大于正反方向驻波系数小于数字式电压表分辨率为测试步骤按图 连接有关仪器信号源开机预热把样品装入测试座中对样品施加适当的压力将精密可变衰减器预置到某一位置大于 调节信号源的频率使数字式电压表指示最大记下此时的频率 和数字式电压表指示将精密可变衰减器减小 在谐振频率两边调节信号源频率并调节衰减器使功率监视器指示不变 以保持输入功率不变 待数字式电压表指示恢复到 记下此时谐振点两边半功率点的频率 和如果采用图 的带状线谐振电路以 分别为 的谐振电路片重复 的步骤如用图 的带状线谐振电路 改变信号源频率测试与谐振频率 相邻的另一谐
7、振峰的谐振频率在样品 长度内安装金属导带和接地板 重复 和 的步骤此时测得的谐振频率分别为 及 若 可省略此步骤测试原始数据记录表格见附录 参考件计算介电常数 的计算公式如式式中 光速谐振时沿谐振导带分布的驻波半波长个数第 号模式的谐振频率谐振导带长度考虑到金属导带两端口边缘场效应金属导带的有效增长量若 大于 可以取 为的计算采用图 的带状线谐振电路时 的大小是根据介电常数 的估计值和谐振带长度 进行估算求得采用图 的带状线谐振电路时 的值由式 求得式中 第 号或 号模式的谐振频率由于存在着测量误差 由式 计算的 值可能不为整数 可以按 中数值修约规则修约的计算采用图 的带状线谐振电路时 的值
8、可以用线性回归的方法求得式 可以写为如下的线性方程式式中 为自变量 为函数 为截距 为斜率 在分别测完 的四种谐振电路的有关参数后 对式 进行线性回归得到 的值采用图 的带状线谐振电路时 可以按式 进行计算式中 当谐振器在频率 上谐振时沿金属导带 驻波分布的半波长个数第 号模式的谐振频率谐振导带长度损耗角正切 的计算公式如式式中 带状线谐振器的有载品质因数表征带状线铜耗的品质因数第 号模式的谐振频率分别为半功率点频率对应于带状线铜耗的损耗计算值采用图 的带状线谐振电路时 可以按式 计算式中 谐振器谐振时的插入损耗当 小于 时 可近似取的计算如式式中 带状线的衰减常数若的表达式为式中 谐振器导带
9、宽度谐振器导带厚度介质基片总厚度金属表面电阻带状线特性阻抗的表达式为式中 单位长度横向边缘电容的表达式为考虑到金属表面的氧化和不光滑 使得损耗增加所以将 理论值乘上 经验修正系数测试总不确定度总不确定度的计算公式见附录 参考件附录介质基片复介电常数测试总不确定度计算公式参考件介电常数测试误差计算公式如式式中 谐振带长度 的测量误差长度 有效增长量的测量误差谐振频率 的测量误差损耗角正切测试误差计算公式如式式中 上下半功率点带宽的测量误差的测量误差附录微波介质基片复介电常数扫频测试系统参考件扫频测试系统 如图 所示测量介质基片的复介电常数原理与正文介绍的点频测试系统实质内容是一样的 可用同一个测试座进行测试 频率在 范围内一般情况下带状线谐振器均有多个谐振峰 根据需要可测试任一谐振峰即测试谐振频率和半功率点频率采用正文给出的计算公式进行计算扫频测试系统测试基片的复介电常数结果与正文介绍的点频测试系统测量结果完全等效主要仪器性能要求扫频源频率范围输出功率 大于标量网络分析仪频率范围幅度动态范围分辨率优于图附录测试记录表格参考件测试原始记录温度 湿度 测试人 测试日期委托单位样品名称 编号附加说明本标准由中华人民共和国机械电子工业部提出本标准由电子科技大学负责起草本标准主要起草人唐宗熙张其劭 王玉功曹江
