《毫米波频段材料介电性能测试 开放式共聚焦谐振腔法》征求意见
- 2022/11/8 10:00:33 24171
- 来源：仪表网
【仪表网 仪表标准】由中国材料与试验标准化委员会基础与共性技术标准化领域委员会归口承担的《毫米波频段材料介电性能测试开放式共聚焦谐振腔法》团体标准已完成征求意见稿。按照《中国材料与试验团体标准制修订管理细则》的有关要求，现公开征求意见。
移动通信产业的技术演进每10年一代，5G将成为下一代最主要的移动通信技术。随着5G发展的不断深化，毫米波技术将成为未来发展的主要方向。而伴随着毫米波技术的应用，给材料产业带来了新的挑战和机遇，介电性能是材料在毫米波频段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。
开放式共聚焦谐振腔与其他测试方法相比，具有测试效率高、夹具制作简单、测试精度高、测试频段宽、适用于高频低损耗样品等特点，除介质基板类材料外，还适用于薄膜类材料的自动、连续化测试。本文提出了使用开放式共聚焦谐振腔进行毫米波频段材料的介电性能的测试方法，涉及相对介电常数实部、损耗角正切值的检测方法，提供了适用于各类材料的自动测试方法。
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。参考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 Hz~10 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 术语和定义等规程编制。
本文件规定了测试频率在20 GHz-110 GHz 范围内的固体电介质、复合板材、工程塑料等材料的相对介电常数实部和介电损耗角正切的测量方法。其中，相对介电常数实部的测量范围在2-30，介电损耗角正切的测量范围为 0.05-0.0001。
本文件适用于测量氧化硅、氧化铝、氮化铝、氧化锆、氮化硼、碳化硅、钛酸钡等无机材料，PCB等有机无机复合板材，PTFE、PS 等有机工程塑料的相对介电常数实部和介电损耗角正切的测量，也适于其他类似固体电介质、复合板材、工程塑料材料及其LCP、MPI 等薄膜样品的相对介电常数实部和损耗角正切的测量。
测量原理：
将曲率半径为R0，球面镜横截面圆的半径为a，且两个金属凹球面镜底部连接可移动的机械传输装置，按照不同频段两凹球面镜移动到对应位置后固定，此时两镜之间的腔长值为D，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，构成开放式共聚焦谐振腔。
两个凹球面镜的中心处设样品支架，支架底部连接机械传输装置触点，样品平面与凹球面镜之间距离 Dq可调；双球面光学腔的波导孔开在两个凹球面镜上，一侧为输入波导，一侧为输出波导。
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介电损耗角正切 tanδ。
测试步骤：
测试用样品应符合下列条件：a)测试试样为大面积方形薄片板状样片，试样长宽为 80 mm-100 mm，允许误差 2%；b)试样厚度为 0.02 mm-1 mm，允许偏差 2%；c)试样应经细磨或抛光，表面应平整、清洁；d)试样翘曲度为 H/L≤0.005，H 为翘起的高度，L 为翘起面板的长度，放在玻璃平台上用游标卡尺检测。
试样预处理：
试验前，所有试样应置于温度为21 ℃~25 ℃、相对湿度为40%~60%的环境中，预处理至少24h。但是，如果样品最近被蚀刻或置于过高的湿度环境下，则应将样品置于空气循环烘箱中于103 ℃~107 ℃条件下干燥2h，然后再按上述条件进行预处理。
介电特性的测量：
1)样品厚度测量：用经过校准的精度为 0.001 mm 的千分尺对样品厚度进行测量，测试点包含样品外侧5mm~10mm 处的4个点及样品的中心点，共计5个点。5个点的测试结果取算数平均值，即为测试样品的厚度；
2)开机：开启网络分析仪及谐振腔的电源，预热30min，使系统进入稳定运行状态；
3)空腔校正：打开测试软件，选择空腔校正菜单，选择需测试频段，并在所选频段内对网络分析仪进行空腔校正，自动测试程序读取不同频率下的空腔谐振频率及空腔品质因子，空腔校正完毕后进行空腔校正数据的保存；
4)样品测试：将样品置于样品架上并进行固定，选择样品测试菜单，读取对应的空腔校正文件，根据页面提示输入样品名称及样品厚度，运行样品测试程序，自动测试程序在不同频段的有载谐振频率点附近处自动读取 S21最大值处的有载谐振频率及有载品质因子，并对测试数据进行保存。通过超越方程运算求解折射率 n 从而得到相对介电常数实部，通过加载前后品质因数变化推导求解样品的介电损耗角正切。谐振频率、相对介电常数实部及损耗角正切值计算公式参见附录 A，测试示例参见附录 B。
报告：
报告包括但不限于下列内容报告格式参见附录C。a)测试环境的温度和湿度；b)测试频率；c)测试频率下的相对介电常数和损耗角正切值；d)试样的预处理；e)测试过程中的任何异常或本测试方法的变化；f)设备信息(设备名称，型号，编号)和样品信息(制样等)。（更多详情请见附件）
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