T∕CSTM 00751-2022 微波波段固态电介质材料介电性能测试 闭腔法.pdf
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1、 ICS 31. 020 CCS L 90 团 体 标 准 T/CSTM 007512022 微波波段固态电介质材料介电性能测试 闭腔法 Measurement of dielectric properties of solid-state dielectric materials in microwave frequency rangeThe closed cavity 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 007512022 I 目 次 前 言 . II 引 言 . III 1 范围 . 1 2
2、 规范性引用文件 . 1 3 术语和定义 . 1 4 测量原理 . 2 5 测试条件 . 2 6 仪器和设备 . 2 7 校准 . 3 8 测试步骤 . 3 9 不确定度来源分析 . 4 10 报告 . 4 附录 A(资料性)介电常数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 . 11 附录 D(资料性)起草单位和主要起草人 . 12 库七七网 标准下载T/CSTM 007512022 II 前 言 本文件参照 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。 请注意本文件的
3、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 007512022 III 引 言 介质材料广泛应用于电子通信、航空航天、军事装备等民用和军事领域,介电性能是评价介质材料的主要技术指标,准确测量介质材料的介电性能在新材料开发、应用研究、相关器件设计等过程中发挥着不可或缺的作用。介质材料的介电性能的测试标准对介质材料相关产业化的高速发展具有重大意义。 介电性能测量方
4、法众多, 大致可分为传输线法和谐振腔法两种, 谐振腔法最突出的优点是准确度高,故目前普遍采用谐振腔法进行介电性能测量。谐振腔法是将样品置于封闭谐振腔(闭腔法)或短路平行板间(开式腔法) ,测量其有载品质因数及谐振频率,根据公式计算出介质材料的介电参数。 闭腔法采用一种全封闭结构的圆柱形金属腔体, 通过在腔体内构筑谐振的方法测量介质材料的介电常数和损耗角正切值。该方法是一种全封闭结构,完全抑制了辐射损耗,只存在介质损耗和腔体内表面金属感应电流损耗,而感应电流损耗方面,由于被测材料与腔体没有直接接触,其感应电流也将大大减少,且该方法边界条件明确,计算模型准确,能有效避免电磁环境造成的干扰,因此该结
5、构大幅提高了材料损耗角的测量准确度和测量范围。 本文件提出了使用闭腔法进行微波波段固态电介质的介电性能的测试方法,涉及介电常数、损耗角正切值的测试方法,提供了适用于可加工成柱状的固体电介质材料的测试方法。库七七网 标准下载 T/CSTM 007512022 1 微波波段固态电介质材料介电性能测试 闭腔法 1 范围 本文件规定了采用闭腔法测量频率在 1 GHz20 GHz 范围内的固体电介质和复合板材料的介电常数和损耗角正切值的方法。其中,介电常数的测试范围为 5100,损耗角正切值的测试范围为0.000050.005。 本文件适用于可加工为柱状的氧化硅、氧化铝、氮化铝、氧化锆、氮化硼等无机材料
6、和有机-无机复合材料的介电常数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定 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 Hz10 MHz) 3 术语和定义 GB/T 31838.1-2015 和 GB/T 31838.6-2021
7、 界定的术语和定义适用于本文件。 3.1 介电性能 dielectric 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,有修改 3.4 相对复介电常数 relative complex permittivity 稳定的正
8、弦场下,以复数表示的介电常数。 来源:GB/T 31838.6-2021,3.5 3.5 介质损耗因数 tan dielectric dissipation factor tan 损耗角正切值 loss tangent 库七七网 标准下载T/CSTM 007512022 2 复介电常数的虚部与实部的比值。 来源:GB/T 31838.6-2021,3.6 4 测量原理 闭腔法采用了一种全封闭结构的圆柱形金属腔体, 以消除辐射损耗影响, 并用低损耗介质柱将待测材料支撑放置于金属腔内部中心位置,降低金属感应电流损耗;采用一种基于模式匹配法结合Rayleigh-Ritz 法的理论计算方法,解决介质加
9、载条件下封闭金属腔内电磁场分布问题,进而得到谐振频率与材料介电性能之间的精确关系; 通过矢量网络分析仪测量腔体谐振频率与谐振品质因子, 并通过软件计算得到材料介电常数和损耗角正切值,具体计算公式参见附录 A。 5 测试条件 温度:21 25 。 相对湿度:40%60%。 6 仪器和设备 6.1 测试系统 测试系统主要由矢量网络分析仪和闭式腔构成, 矢量网络分析仪测量腔体谐振频率与谐振品质因子,闭式腔提供谐振。测试系统示意图如图 1 所示。 图 1 测试系统示意图 6.1.1 矢量网络分析仪(VNA) 矢量网络分析仪的测试频率范围应大于 1 GHz 至 20 GHz,动态范围应大于 60 dB。
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