ICS .31. 030 L 90 中华人民共和国国家标准 GB/T 5597—1999 固体电介质微波复介电常数的 测试方法 Test method for complex permittivity of solid dielectric materials at microwave frequencies 1999-05-19发布 1999-12-01实施 国家质量技术蓝督局发布 GB/T 5597—1999 前 創言 本标准是对GB/T5597一1985《固体电介质微波复介电常数的测试方法》的修订。 本标准对原标准GB/T5597-1985做了如下修订： 信号源由扫频信号源改为频综信号源，使测试系统大为简化；由于改窄带反射速调管扫频工作点， 指示器用4 位普通数字电压表代替原采用的双综示波器；测试误差分析由原来采用各误差源的“贡 献”绝对值求和改为方和根的误差综合，因而测试误差大幅下降，Ae'/e由原来的1.5%降至1.0%， Atand。由原来15%tano.十1.0×10-*降至3%tand.+3.0×10-5，并将tano.的测试范围下限由2×10-4 改为1×10-4。 本标准自实施之日起同时代替GB/T5597一1985。 本标准的附录A、附录B、附录C都是提示的附录。 本标准由中华人民共和国电子工业部提出。 本标准由电子工业部标准化研究所归口。 本标准起草单位：中国电子技术标准化研究所、电子科技大学。 本标准主要起草人：张其劭、王玉功、李晓英 中华人民共和国国家标准 固体电介质微波复介电常数的 GB/T 5597--1999 测试方法 代替GB/T5597—1985 Test method for complex permittivity of solid dielectric materials at microwave frequencies 1 范围 本标准规定了均匀的、各向同性的固体电介质材料微波复介电常数的测试方法。 本标准适用于频率范围为2GHz～18GHz内复介电常数的测定。推荐测试频率为9.5GHz。其测 定范围：相对介电常数实部s为2～20介质电损耗角正切tang.为1×10-4～5×10-3。 2 定义 复数介电常数为： E0 -E, Eo(e' - je") (1) 式中：.复数相对介电常数； 真空介电常数，其值为8.854×10-12F/m。 本标准所述及的复数介电常数实际上均指相对介电常数，并以相对介电常数的实部和介电损耗 角正切tand,=s"/e'表征之。 3测试原理 在一确定频率下圆柱型TEn模式高品质因数测试腔的谐振长度为。，固有品质因数为Q，如图1 （a)所示。当此测试腔中放人厚度为d的盘状试样后，如图1(b)所示，将发生两方面的变化：（1）由于介 质试样的介电常数ε大于1，因此填充有试样介质的那段波导的相位常数将增大，在原频率上产生谐振 的腔体长度将缩短为1s；（2）由于介质试样将引入附加的介质损耗，导致测试腔的固有品质因数下降为 Qos : Qot Qo (a) (b) 图1 根据测试腔在放人介质试样前后，其谐振长度变化量S（S二I。一1.)和品质因数的改变量，可以分别 推算出介质材料的介电常数及介质电损耗角正切tandt。 国家质量技术监督局1999-05-19批准 1999-12-01实施 1 GB/T 5597—1999 因此复介电常数的测试可归结为对高品质因数测试腔在放人介质试样前后的谐振腔长度和固有品 质因数的测试。 4测试环境条件 温度 相对湿度 大气压力 20℃～30℃ 45%~75% 86 kPa～106 kPa 5仪器和设备 5.1测试系统 采用“反应型”系统，如图2所示。 SAG 精密刻度 信号源 衰减器 介质 测试腔 数字式 晶体 电压表 检波器 图 2 此系统的特点是用精密刻度衰减器来调节测试电平，让晶体检波器作等电平指示。进行“高频替代 法”测量介质测试腔在测品质因数时的衰减量。晶体检波器作等电平指示可以完全避免晶体检波器非线 性而引人的误差。 5:2信号源 a）输出功率大于10dB； b）幅值稳定度优于0.01dB/10min; c）频率稳定度优于1×10-8/10min； d）频率微调分辨率优于1×10-？f。。 建议采用频综信号源。 5.3精密刻度衰减器 使用范围：0~10dB,精确度：0.02dB/10dB。 建议用回旋式衰减器。 5.4介质测试腔 单模TE%工作，空腔无载品质因数Q。≥40000，调谐活塞位置读测精度0.01mm。测试腔简图见 附录A（提示的附录）。 5.5数字式电压表 电压分辨率1uV,4%位读数。 5.6晶体检波器 非调配式宽频带晶体检波器。 5.7隔离器 隔离比优于20dB，正、反向驻波比系数小于1.20。 2 GB/T5597—1999 6试样尺寸及要求 6.1样品直径Ds D, = (2R - ) ± 0. 1 mm +++..*.( 2 ) 式中：R测试腔半径，mm; 3-——与测试腔尺寸有关的量，在推荐测试频率的试腔中，建议定为1.5mm。 6.2样品厚度d 选择试样厚度d的原厕是取其电长度在85°左右，以提高测试灵敏度并降低测试误差，在待测材料 的介电常数ε大致已知的情况下，可按下式计算样品厚度。 d = 0. 236[ (f。12 1 (3) L300/ 11.64R 式中：f。—一测试频率，亦即测试腔的谐振频率，GHz； R-测试腔半径,mm; d—样品厚度，mm。 样品厚度的选择见附录B（提示的附录）。 6.3样品要求 盘状样品两主平面的不平行度不大于0.01mm，两主平面的不平直度不大于0.01mm。 样品表面应无不正常的斑点和划痕，内部无不正常的杂质和气孔；在测试前需严格清洁和干燥处 理。 7测试程序 7.1空测试腔的测量 7.1.1开机预热15min，使系统正常工作。 7.1.2置信号源输出连续波频率在测试频率f。上，调节精密刻度衰减器在9.0dB～9.8dB范围内， 调节信号源的输出电平，使晶体检波器输出在数字式电压表上读得10mV左右的指示数αo，记录此时 精密刻度衰减器的衰减量A1。 7.1.3调节介质测试腔，由数字式电压表指示跌到最低点来确定测试腔已调到谐振点，谐振点频率为 f。，记录介质测试腔的活塞位置刻度1。和谐振频率f。，此时数字式电压表上的读数为αr。 7.1.4调节精密刻度衰减器（减少衰减量），使数字式电压表上的读数自ar上升恢复到ao，记录此时精 密刻度衰减器的衰减量A2，则介质测试腔在谐振点引人的衰减为Ae=A1一A2，以分贝计。 7.1.5按（4)式计算谐振曲线“半功率点”衰减量Ahe，置精密刻度衰减器于Ahe十A2。此时数字式电压 表上的读数为α'ra'<ao。 7.1.6微调信号源的频率，在谐振频率f。两边，分别调到数字式电压表读数恢复为αo，记录这两个频 率fi及f2。计算Aff2一fi。 7.2置入试样后测试腔的测量 SAC 7.2.1使用与7.1完全相同的步骤可测得在原确定频率f。下的活塞位置刻度1s、谐振点衰减量Aos、 半功率点衰减量Ah及“半功率点”频差△f。 7.2.2为提高测试精度，将介质盘状试样反一面再置人测试腔，重复步骤7.1，以试样正反两次放置所 得数据的平均值作为最后结果。 7.2.3测试原始记录表格见附录C（提示的附录）。 3