SJT 10143-1991固体电介质微波复介电常数的测试方法“重入腔”法.pdf

中华人民共和国电子工业行业标准固体电介质微波复介电常数测试方法SJ/T 10143--91重人腔法本标准规定了固体电介质微波复介电常数的“重入腔”测试方法。本方法适用于射频、微波固体电介质复介电常数的测量。适用频率范围：f=（100~1000)MHz。测试范围：20tand, = 2 × 10-4 ~ 2 × 10-21方法原理重入式腔是电容加载式同轴谐振腔的变形。图1所示是一个电容加载式同轴谐振腔，其谐振频率决定于腔长和间隙电容C。间隙距离改变时，间隙电容C变化，谐振频率变化；当间隙距离不变，但其中介质改变时，间隙电容C也变化，谐振频率随之变化。间徽电容C输入探测U图1电容加载式同轴谐振腔设间隙中充空气时，谐振腔的谐振频率为f。，当一个圆盘形介质片放入间隙中时，谐振腔失谐，这时保持信号频率不变，调内导体，改变间隙距离可使谐振腔恢复谐振。内导体的位移量与介质试样的介电常数ε有关，越大，放入样品后，间隙电容增加量越大，为了恢复谐振，内导体的位移量就越大。根据样品厚度，放入介质前后内导体的位移量和谐振腔品质因数的变化就可以算出介电常数。重入式腔是把端面间隙电容C移到内导体的中间一些，其结构示于图2。上内导体可调，下内导体靠近电容间隙处，附加一个微调电容C2。中华人民共和国机械电子工业部1991-04-02批准1991-07-01实施1 SJ/T10143—91ululullinlulualurluulul信号输入至探测系统C2,图2重入式腔结构示意图当腔中无样品时，微调电容放在一定的初始值（M～f定标时所放的m。位置），调至测微器使谐振腔谐振，这时主测微计读数为M。，谐振指示为1o。调微调测微计使谐振腔失谐到输出指示为半功率点，在mo两边得到的半功率位置m和m2对应一定的频率，则谐振腔品质因数Qo值可知。放入样品后，由于样品的使间隙电容和腔体损耗都改变了。调节主测微计使对原信号频率谐振，这时主测微器位置为M，谐振输出指示为li。由这些参数就可以算出e和tande。测试系统框图如图3所示：信号源隔离器（1)可变衰减器隔离露（）定向糊合器电平监视器功率指示器图 32试验仪器、设备2.1稳频稳幅信号源输出功率大于50mW；幅度稳定度优于0.02dB/10min；频率稳定度优于1×10-5/10min。2.2重入式谐振腔2 SJ/T 10143-91在100MHz～1000MHz宽的频率范围内，通常可以用四个腔体覆盖，用户可按要求选用。2.2.1谐振腔的尺寸2.2.1.1内导体平行板电容器受高频场激发时，横向电压符合贝塞尔函数分布，第一个零点符合公式（1)。r1 = (2.4052)/(2m).(1)为使内导体间隙中为均匀场，内导体的半径应小于0.1r1。由此得内导体直径应小于76×10-3a/／/。这里为中心频率的波长，单位为cm。2.2.1.2外导体内径D=(3~3. 6)d式中:d—内导体直径,mm。2.2.1.3腔长约为入/8。2.2.2间隙电容谐振腔应设计成大电容加载式同轴谐振腔。端面电容C，由主测微器带动中心导体的移动而改变。上、下内导体两端面的平行度小于0.01mm。上、下端内导体同心度小于0.02mm。主测微器既对频率刻度，还对电容刻度，以得到计及边缘效应的内导体增量4，得出M-f和M-4对照表。这里M是主测微器刻度。2.2.3微调电容下内导体上方开一个侧向圆孔，位于腔体右侧的微调测微计推动金属杆在孔内移动就构成微调圆柱电容器C2。此微调电容器对频率刻度，作出主测微器在不同位置M（不能少于15点）时、微调测微器读数m与频率了之间的关系曲线，实际上每-个位置时的m～」是根直线。这就可以得到每一位置M时对应的mf线的斜率K，这就是M～K对照表。2.2.4耦合机构输入、输出耦合均用环耦合，它们对谐振腔呈弱耦合，两环之间不产生直接耦合。2.2.5对重入腔主要参数的要求品质因数：2000~2500；主测微器分辨率：0.002mm。附录A给出一个中心频率为450MHz的腔的参数，供参考。2.3功率指示器（或平方律检波器）指示器灵敏度不低于35dB；驻波比小于1.1。2.4隔离器（I）隔离度大于20dB;正反向驻波比小于1.1。3 SJ/T 10143--913试验条件3.1正常的试验大气条件温度：20~30℃；相对湿度：45%~75%气压：86~106kPa。对一个试样进行测试时，在正常的测试大气条件下进行一系列测量期间，其温度、湿度应保持稳定。3.2仲裁试验的标准大气条件温度：25±1℃；相对湿度：48%~52%；气压：86~106kPa。4试样及其制备4.1介质材料要均匀，介质试样的直径应略大于内导体直径，以使端面间隙内有均匀的电场。介质试样直径d，可取内导体直径的1.15倍。4.2介质试样厚度t在0.5～5mm之间，视试样的e不