《[电子标准]-SJT 10142-1991 电介质材料微波复介电常数测试方法 同轴线终端开路法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[电子标准]-SJT 10142-1991 电介质材料微波复介电常数测试方法 同轴线终端开路法.pdf（12页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、rJ 中华人民共和国电子工业行业标准 S J / T 1 0 1 4 2 一 1 0 1 4 3 -9 1 电介质微波复介电常数的测试方法 1 9 9 1 一 0 4 - 0 2 发布 1 9 9 1 一 0 7 - 0 1 实施 中华人民共和国机械电子工业部发布 中 华 人 民 共 和 国 电 子 工 业 行 业 标 准 电介质材料微波复介电常数测试方法 同轴线终端开路法 S J / T 1 0 1 4 2 -9 1 主题内容与适用范围 本标准规定了用同轴线终端开路法测试各向同性的固体、 液体电介质材料的微波复介电 常数 。 本标准涉及的复介电常数由相对介电常数实部 e和介质损耗角正切t a
2、 n d , 所表示。 =沙一j e r, 二e , ( 1 一j t a n d ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 1 ) 本标准规定的同轴线终端开路法采用终端开路的半刚性同轴传输线作为测试传感器。分 为谐振法和反射法。 本标准适用范围: a . 谐振法 适用于固体、 液体电介质材料。 适用 频率范围: 4 G H z -1 2 G H z . 介电特性测量范围: 君 1二4 -8 0 ; t a n d , = 0 . 1 - 1 。 b . 反射法 适用于固体、 液体电介质材料。 适用频率范围: 0 . I G H z -4 G H z ,
3、介电特性测量范围: ，=4 一8 0 ; t a n d , 二0 . 1 - 1 , 方法 原理概 要 采用终端开路的半刚性同轴传输线作为传感器， 工作模式为T E M模， 试样紧贴在同轴传 输线终端。应用反射法或谐振法求解试样的复介电常数。 2 . 1 谐振法 在半刚性同轴传输线传感器始端加置环状藕合装置， 构成终端开路同轴谐振器， 谐振模式 中华人民共和国机械电子工业部 1 9 9 1 - 0 4 - 0 2 批准 1 9 9 1 - 0 7 - 0 1 实施 s a / T 1 0 1 4 2 -9 1 为T E M， 模( :为模数， 即半刚性同轴传输线中半驻波个数) . 依据放置试
4、样前、 后同轴谐振器谐 振频率了 、 品 质因数Q 的变化与试 样介电特性的关系， 以 及同轴谐振器开路端面边缘电容和辐 射电导的影响， 计算被测试样的介电常数值和损耗角正切值。 扫频信号经定向藕合器主线、 标准精密衰减器、 反射定向 翔合器至终 端开路同轴谐振器. 定向藕合器副线接谐振式波长计， 反射定向辆合器检测终端同轴谐振器谐振信号。 双踪示波器 分别显示同轴谐振器和波长计的谐振曲线， 调节波长计测定同轴谐振器谐振频率f o , 借助标准精密衰减器、 波长计测定同轴谐振器谐振曲线半功率点带宽 o f ， 从而测定同轴 谐振器品质因教 Q L o 22 反射法 试样紧贴在半刚性同轴传输线传
5、感器的开路端面， 根据传输线理论， 试样对开路端面处边 缘场产生扰动， 使反射系数产生变化， 根据复反射系数与试样介电特性的关系， 计算试样的介 电常数值和报耗角正切值。 微波点频信号经定向祸合器主线、 标量网络分析仪至传感器， 标量网络分析仪反射测试单 元经误差网络校正， 然后将传感器开路端面与介质试样面贴紧， 测定试样的复反射系数。 2 . 3 侧试系统 2 . 3 . 1 谐振法采用图 1 所示的测试系统。 图 1 32 反射法采用图 2 所示的测试系统。 3 试验仪器、 设备 3 . 1 微波信号源 输出功率大于5 0 m w , 幅值稳定度优于0 . 0 4 d B / 1 O m
6、i n， 点 频 信 号 源 频 率 稳 定 度 优 一2 一 s J / T 1 0 1 4 2 - -9 1 于 1 0 - 5 / 1 O m i n , 3 . 2 隔离器 隔离比大于 2 0 d B ; 正、 反向驻波比 小于 1 . 0 5 , 频带宽度大于 1 5 %, 3 . 3 标准精密衰减器 使用范围: O - I O d B , 精确度: 0 . 0 2 d B / l O d B , 3 . 4 谐振式波长计 精确度: 优于5 X 1 0 - s , 8 值: 大于1 0 0 0 0 , 3 . 5 晶体检波器 工作范围内驻波比。 小于 1 3 。 、 弓 . 6 双踪
7、示波器 灵敏度优于。 . 5 m V / d i v , 3 . 7 微波数字频率计 精确度: 5 X 1 0 -. 3 . 8标量网络分析仪 反射测试单元 复 反 射 系 数 模 值 测 量 误 差 AI I II 1 .I I 6 . 1 . 6 测试原始记录表格见附录 D . B . 2 反射法测试步骤 B - 2 . 1 开机预热 1 h ， 使系统进人正常工作状态。 6 . 2 . 2 测定信号源工作频率 f . 62 . 3 标量网络分析仪反射测试单元误差网络校正 采用三点法进行误差网络校正， 分别测定传感器终端置有液体汞、 蒸馏水和开路时的复反 射系数 r . , r . I r
8、 o , B - 2 . 4 在传感器终端紧贴被测介质试样， 测定置有介质试样时的复反射系数 P - 6 . 2 . 5 测试原始记录表格见附录 E , 6 . 2 . 6 误差网络校正用燕馏水的介电特性数据见附录 B , 计算公式 7 . 1 谐振法计算公式 7 . 1 . 1 计算T E M。 模模数 n , 一 3 - 1211 - r 1 ” 一 彻 / 、 _C j 灭甲 : 彻_下一， 彻r J0 = 卫 fo , C 电 磁波在真空中的传播速度， m / s , C = 2 . 9 9 8 X 1 0 8 m / s 川 . 2 计算传播常数fl o , 几 fl o =2 .
9、h 1 71 C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 5 ) 9 : 二2 . f . 1 - e I C” ” ” 一 。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 6 ) 一5 一 S 7 / T 1 0 1 4 2 -9 1 式中: f o 同轴谐振器终端开路时的谐振频率, H z ; f . 同轴谐振器终端置有介质试样时的谐振频率， H z ; 。 半刚性同 轴传输线充填 介质的介电常 数， 。 二 2 . 0 5 , 7 . 1 . 3 计
10、算同轴谐振器有效腔长 L . n n o r+ a r c t a n 一- 一 L (0 n ( C 。十 C , ) J 乙. f l 二 二 二 go 。 ， . . . . . . . 一 7) 式中: a -T F w i a 模模数， Y o ,-确传 。 线 特 料纳 ， S ,Y o ,一 劳; (1)n 同轴谐振器终端开路时， 谐振角频率, r a d , - o =2 n f o 1 C o 同轴谐振器终端外边缘电容， 同轴传输线外直径为 传轴线外直径为3 . 2 m m时， C o = 0 . 0 2 1 p F y C , 同轴谐振器终端内边缘电容， 同轴传输线外直径为
11、 传 输线外直径为3 . 2 m m时， C , = O . 0 0 3 6 p F , 计算介电常数e 值 6 . 4 m m时， C 。 二0 . 0 3 3 p F , 同轴 6 . 4 m m时， C , =0 . 0 0 5 p F ， 同轴 Y a a r c t a n ,6 , 瓜“+ b4 c o ( d ) ( 1一 t a n d , ) W, C. ( 8) 仇-仇 式中: 。 : 置有试样时， 同轴谐振器谐振角频率， r a d , 。二2 叮。 ; A C o - 一 边缘电容修正值， 与频率相关， p F ， 可查附录C i b -辐射电导虚部， 由下式求解: 夕
12、一 i b= e T D广 .7o ( k D s in 6 ) - J o ( kd s in O ) s sin 0 d m=5, 7, 9, 1 1 , 1 3 . . . . . . D 半刚性同轴传输线外导体内 直径， M M ; d 半刚性同轴传输线内导体直径， m m; k 一波 数 ， : 一2 n 一 乒; 卜介 一人 一 了 4 JO 零阶贝 塞尔函数。 5 计算 t a n d 。 值 t a n d . _* ( 1 一1 一1 ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1叻幼咕 l “ ( 9) ( 1 0) 一6 一
13、S I / T 1 0 1 4 2 - 9 1 式中: 七 . ， C o + 2 A C o ( e ) 2 ; : C . +e C o +C ， 一上+A C o ( e ) 2 ( 1 一t a n 6 , ) , _Y/. 认 二 1 于 井/s i n声. b. “; 乙LZ 。， 已 : 今 Qo二止 最二布 朴“C . . = C , + C o十 C , ; m, C. , 一 4 qc.Qt 9 -辐射电导实部， 由式( 9 ) 计算; Qo =f o / O f o t Q . =f o / A f a . 7 . 2 反射法计算公式 7 . 2 . 1 三点法校正误差网
14、络参数计算 习1 1导 S= 几1 2 r .几 一 1 o )十 I , I a I o ( I .一 I ,. )+ 几r a r . ( 1 1。 一 1 1. ) r , r 2 ( r . 一 r . )+ T , I 3 ( I ., 一 r)+ 1 2 r 3 ( r o一 r , ) r , ( I 、一 S )+ P AS. 一 1 1. ) r, r 2 ( I 、一 1 , ) ( 几一S 1 J U一S s s r , ) 几 ( 12) 习1 2 82 , 13 ) 式中: r , ，一1 ; 几=e x p 一j 2 a r c t a n ( w( C o +C
15、, ) Z o ) ? ; w=2 叮, 7 , 0 =5 0 0 一j w C O Z o F 一j W Z o C , 一+) w C . Z O E+ j w z o 价 : 燕馏水在测试频率下的复介电常数; 了 反射法测试频率， H Z . 7 . 2 . 2 计算置有介质试样后的复反射系数 ( 14 ) 5月 -5 ，d一5 一+ 一一 r 式中: 几实验测定的置有介质试样后传感器的复反对系数。 7 . 2 . 3 计算介电常数砂值 ， ， 二_ ，止业上i n o. . . . . . . . . . . . . . ( 川 o co z o ( I I T + 2 I r I C
16、 O S O+ 1 ) 式中: 1 川复反射系数 r的模值; 0 - 复反射系数r 的幅角， r a d , 一7 一 S J / T 1 0 1 4 2 -9 1 7 . 2 . 4 计算 t a n d , 值 ta n d 一 手(1 6) 式中: E “ -复介电常数虚部; 1 一 川2 ! xo z o ( i r x + 2 1 r i c o s o十 1 ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 1 7) 7 . 3 谐振法计算公式、 反射法计算公式都采用计算机数值解法。谐振法计算公式须输入 ， t a n d , 初值
17、用叠代法求解。 误差 本标准测试方法， 采用谐振法测量时， 在测量范围内的测量精确度为: A ElE“ 、 士 1 % A ta n d, _ta n d , 、 本标准测试方法， 采用反射法测量时， 在测量范围内的测量精确度为: E I 土 2 % 4 t a n d , t a n o , (士 5 % 一8 一 S 7 / T 1 0 1 4 2 - 9 1 附录 传 感 器 简 图 ( 补充件) 1 -试样支架t 2 一试样支架平动调节钮; 3 一支架平台; 4 一支架; 5 一开路端面固定环; 6 一同轴传输线 7 -P J - 7 平接头; 8 -谐振法祸合环片; 9 -P J -
18、 7内导体; 1 0 -P J - 7 外导体; 1 1 一试样夹具; 1 2 一试样 附录B 蒸馏水介电特性表 ( 补充件) f 0C 0 . 3 GHz3 GHzI O GHz 洲 t a n 几 川 t a n 几 刁t a n 6 , 5 I 5 2 5 3 5 8 5 . 2 8 1 . 0 7 7 . 5 7 4 . 0 0 . 2 73 0 . 2 1 0 0 . 1 6 0 0 . 1 25 8 0 . 2 7 8 . 8 7 6 . 7 7 4 . 0 0 . 2 7 5 0 . 2 0 5 0 . 1 5 7 0 . 1 2 7 4 1 . 0 4 9 . 0 5 5 .
19、0 5 8 . 0 0 . 9 5 0 . 7 0 o . 5 4 0 . 4 4 S J / T 1 0 1 4 2 - 9 1 附录C 边缘电容 A c 。 的修正值 ( 补 充件 ) 外直径3 . 2 m m的半刚性同轴传箱线边缘电 容A C 。 的 修正值 频率( G H . ) A C. ( P F) 4 - 5 5 - 6 6 - 7 7 - 8 8 - 9 9 - 1 0 1 0 - 1 1 1 1 - -1 2 0 . 0 2 0 0 . 0 1 6 0 . 0 2 0 0 . 0 2 0 0 . 0 2 0 0 . 01 0 0 . 01 6 0 . 01 2 附录D 谐振法测试原始记录 ( 参考件) 温度湿度测试人测试 日期 委托单位试样名称编号f o ( MHz ) 了 . ( MHz )f w( MH. )A f o . ( MHZ ) eL a nd . S J / T 1 0 1 4 2 - 9 1 附录E 反射法测试原始记录 ( 参考件) 温度湿度测试人测试 日期 委托单位试样名称编号fo ( MHZ )几了 、几Fd 砂切n d 附加说明: 本标准由上海科学技术大学、 机械电子工业部电子标准化研究所负责起草。 本标准主要起草人: 李兆年、 徐得名、 王玉功、 蒋志尖。