T∕CSTM 00750-2022 毫米波频段材料介电性能测试 开放式半球型谐振腔法.pdf
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1、 ICS 31. 020 CCS L 90 团 体 标 准 T/CSTM 007502022 毫米波频段材料介电性能测试 开放式半球型谐振腔法 Measurement of dielectric properties of materials in millimeter wave frequencyHemispherical type open resonator method 2022-04-19 发布 2022-07-19 实施 中关村材料试验技术联盟 发布 库七七网 标准下载T/CSTM 007502022 I 目 次 前 言 . II 引 言 . III 1 范围 . 1 2 规范性引
2、用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 测量原理 . 2 5 测试条件 . 2 6 设备和仪器 . 2 7 校准 . 3 8 测试步骤 . 3 9 不确定度分析来源分析 . 4 10 报告 . 5 附录 A(资料性)谐振频率、相对介电常数实部及损耗角正切值计算公式 . 6 附录 B(资料性)介电性能测试示例 . 8 附录 C(资料性)测试报告格式示例 . 10 附录 D(资料性)起草单位和主要起草人 . 11 库七七网 标准下载T/CSTM 007502022 II 前 言 本文件是按照 GB/T 1.1-2020 标准化工作导则 第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则给出的规则起草。
3、请注意本文件的某些内容有可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本文件由中国材料与试验团体标准委员会基础与共性技术领域委员会(CSTM/FC00)提出。 本文件由中国材料与试验团体标准委员会基础与共性技术领域委员会(CSTM/FC00)归口。 库七七网 标准下载T/CSTM 007502022 III 引 言 随着通信产业的快速发展,与之相关的关键材料的市场也迅速扩大,并且在现代通信工具的微型化、片式化、集成化方面起着举足轻重的作用。由于强大的市场驱动,相关的材料得到了广泛而深入的研究,新的材料体系被陆续开发出来。为满足工业应用,材料需具备一定的介电常数、低介电损耗和良好的频
4、率稳定性等介电性能指标。 介电性能是材料在通信产业应用的最主要的性能指标。因此,介电性能的测试对于材料生产厂家及下游客户尤为重要。只有适用的测试方法才能保证数据一致性,减少测试偏差带来的不必要的经济损失。 5G 移动通信技术的发展带来高频、低损耗的测试需求,而开放式谐振腔正是适用于高频、低损耗材料介电性能测试的方法。开放式谐振腔法是一种利用电磁波在光学腔中与样品进行相互作用反映介电材料的性能参数的方法,在结构上,开放式半球型谐振腔(自动)具有样品装载方便、夹具加工简单、测试过程简便、测试效率高等特点,该方法适用于板材的自动、连续化测试。本文件提出了使用开放式半球型谐振腔进行毫米波频段板材的介电
5、性能的测试方法,涉及相对介电常数实部、损耗角正切值的测试方法,提供了适用于可加工成片状的固体电介质材料的自动测试方法。库七七网 标准下载T/CSTM 007502022 1 毫米波频段材料介电性能测试 开放式半球型谐振腔法 1 范围 本文件规定了使用开放式半球型谐振腔法测试频率在 20GHz60GHz 范围内的无机材料、复合板材、工程塑料等材料的相对介电常数实部和损耗角正切值的测量方法。其中,相对介电常数实部的测量范围为 230,损耗角正切值的测量范围为 0.050.0001。 本文件适用于氧化硅、氧化铝、氮化铝、氧化锆、氮化硼等无机材料,聚四氟乙烯填充二氧化钛等有机/无机复合板材,聚醚醚酮、
6、聚苯乙烯等有机工程塑料的相对介电常数实部和损耗角正切值的测量,也适用于其他类似固体电介质、复合板材、工程塑料材料及其薄膜的相对介电常数实部和损耗角正切值的测量。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;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 31838.1-2015 固体绝缘材料 介电和电阻特性 第 1 部分:总则 GB/T 31838.6-2021 固体绝缘材料 介电和电阻特性 第 6 部分:介电特性(AC 方法)相对介电常数和介质损耗因数(频率 0.1 H
7、z10 MHz) JIS R 1660-2-2004 毫米波段精细陶瓷介电性能的测量方法-第 2 部分:开放式谐振腔法(JIS R1660-2-2004 Measurement method for dielectric properties of fine ceramics in millimeter wave frequency range - Part 2:Open resonator method) 3 术语和定义 GB/T 31838.1-2015、GB/T 31838.6-2021 和 JIS R 1660-2-2004 界定的术语和定义适用于本文件。 3.1 介电性能 diele
8、ctric properties 在给定频率范围内用交流电压测量出的材料综合特性。 来源:GB/T 31838.1-2015,3.3,有修改 3.2 绝对介电常数 absolute permittivity 电通密度除以电场强度的商。 来源:GB/T 31838.6-2021,3.3 3.3 相对介电常数 relative permittivity 绝对介电常数与真空介电常数的比值。 来源:GB/T 31838.6-2021,3.4 3.4 相对复介电常数 relative complex permittivity 库七七网 标准下载T/CSTM 007502022 2 稳定的正弦场下,以复数
9、表示的介电常数。 来源:GB/T 31838.6-2021,3.5 3.5 介质损耗因数 dielectric dissipation factor 损耗角正切值 loss tangent 复介电常数的虚部与实部的比值。 来源:GB/T 31838.6-2021,3.6 3.6 束腰半径 waist radius 开放式谐振腔中的电磁场强度分布是高斯分布,并且光束在两个球体的中心处变窄,当电场强度衰减到中心值的 1/e 的直径称为束腰直径。 来源:JIS R 1660-2:2004,9 4 测量原理 将曲率半径为 ,半径为 1的金属凹球镜面及半径为 2的金属平面镜进行固定,两镜之间的腔长值固定
10、,同时保持两镜面的曲率中心连线与两镜面的口径中心点连线重合,构成开放式半球型谐振腔。 平面镜上设有多个通孔, 通孔处有套筒针通过底座与电机相连接, 测试时样品放置在套筒针上部,与套筒针连接的电机可以带动底座与套筒针移动,从而使样品平面与凹球面镜之间距离可调;开放式半球型谐振腔输入波导孔开在凹球面镜上,输出波导孔开在平面镜上,其结构如图 1 所示: 图 1 开放式半球型谐振腔示意图 在确定的测试频率下,置入试样后,谐振腔内样品到凹球面镜的谐振长度与有载品质因数(有载值)均发生变化。根据谐振频率、试样厚度、置入试样前后样品到凹球面镜的谐振长度及有载品质因数,可以计算出样品的相对介电常数实部和损耗角
11、正切值。 5 测试条件 温度:2125; 相对湿度:40%60%。 6 设备和仪器 6.1 开放式半球型谐振腔 库七七网 标准下载T/CSTM 007502022 3 6.1.1 技术要求 稳定工作条件: ( 球面镜的曲率半径,为两镜之间的腔长) 。 光学菲涅耳数:F4。 平面镜的半径: 25w0(其中 为束腰半径) 。 6.1.2 设备参数 开放式半球型谐振腔中各部件具体参数见表 1。 表 1 开放式半球型谐振腔参数 序号 名称 参数 单位 1 开放式半球型 谐振腔 测试频率:20GHz60GHz 空腔品质因子:40000 2 平面镜平面度 0.005 3 球面镜和平面镜粗糙度 0.050
12、4 马达的解析度 0.1 m 5 凹球面镜加工要求 R0 10 m 6.2 网络分析仪 测试频率:10 MHz 60 GHz。 动态范围:100 dB。 方向性: 50 dB。 6.3 螺旋测微计 用于测量样品厚度,读数分辨率优于 0.001 mm。 7 校准 7.1 测量系统 测试前需选用参考样品验证开放式半球型谐振腔和网络分析仪组成的测量系统的准确性和稳定性,参考样品可选用氧化铝或等效样品。 7.2 螺旋测微计 需在校准有效期内。 8 测试步骤 8.1 样品准备 8.1.1 样品要求 测试用样品应符合下列条件: 库七七网 标准下载T/CSTM 007502022 4 a) 测试试样为大面积
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