【儀表網(wǎng) 儀表標(biāo)準(zhǔn)】由中國(guó)材料與試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)基礎(chǔ)與共性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域委員會(huì)歸口承擔(dān)的《毫米波頻段材料介電性能測(cè)試開放式共聚焦諧振腔法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)已完成征求意見稿。按照《中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制修訂管理細(xì)則》的有關(guān)要求，現(xiàn)公開征求意見。
 

　　移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的技術(shù)演進(jìn)每10年一代，5G將成為下一代最主要的移動(dòng)通信技術(shù)。隨著5G發(fā)展的不斷深化，毫米波技術(shù)將成為未來(lái)發(fā)展的主要方向。而伴隨著毫米波技術(shù)的應(yīng)用，給材料產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，介電性能是材料在毫米波頻段應(yīng)用的最主要的性能指標(biāo)。因此，介電性能的測(cè)試對(duì)于材料生產(chǎn)廠家及下游客戶尤為重要。
 

　　開放式共聚焦諧振腔與其他測(cè)試方法相比，具有測(cè)試效率高、夾具制作簡(jiǎn)單、測(cè)試精度高、測(cè)試頻段寬、適用于高頻低損耗樣品等特點(diǎn)，除介質(zhì)基板類材料外，還適用于薄膜類材料的自動(dòng)、連續(xù)化測(cè)試。本文提出了使用開放式共聚焦諧振腔進(jìn)行毫米波頻段材料的介電性能的測(cè)試方法，涉及相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部、損耗角正切值的檢測(cè)方法，提供了適用于各類材料的自動(dòng)測(cè)試方法。
 

　　本文件是按照 GB/T 1.1-2020 《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第 1 部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》給出的規(guī)則起草。參考GB/T 31838.1-2015 固體絕緣材料 介電和電阻特性 第 1 部分：總則；GB/T 31838.6-2021 固體絕緣材料 介電和電阻特性 第 6 部分：介電特性(AC 方法)相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗因數(shù)(頻率 0.1 Hz~10 MHz)；JIS R 1660-2:2004 毫米波段精細(xì)陶瓷介電性能的測(cè)量方法-第 2 部分：開放式諧振腔法 術(shù)語(yǔ)和定義等規(guī)程編制。
 

　　本文件規(guī)定了測(cè)試頻率在20 GHz-110 GHz 范圍內(nèi)的固體電介質(zhì)、復(fù)合板材、工程塑料等材料的相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部和介電損耗角正切的測(cè)量方法。其中，相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部的測(cè)量范圍在2-30，介電損耗角正切的測(cè)量范圍為 0.05-0.0001。
 

　　本文件適用于測(cè)量氧化硅、氧化鋁、氮化鋁、氧化鋯、氮化硼、碳化硅、鈦酸鋇等無(wú)機(jī)材料，PCB等有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合板材，PTFE、PS 等有機(jī)工程塑料的相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部和介電損耗角正切的測(cè)量，也適于其他類似固體電介質(zhì)、復(fù)合板材、工程塑料材料及其LCP、MPI 等薄膜樣品的相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部和損耗角正切的測(cè)量。
 

　　測(cè)量原理：
 

　　將曲率半徑為R0，球面鏡橫截面圓的半徑為a，且兩個(gè)金屬凹球面鏡底部連接可移動(dòng)的機(jī)械傳輸裝置，按照不同頻段兩凹球面鏡移動(dòng)到對(duì)應(yīng)位置后固定，此時(shí)兩鏡之間的腔長(zhǎng)值為D，同時(shí)保持兩鏡面的曲率中心連線與兩鏡面的口徑中心點(diǎn)連線重合，構(gòu)成開放式共聚焦諧振腔。
 

　　兩個(gè)凹球面鏡的中心處設(shè)樣品支架，支架底部連接機(jī)械傳輸裝置觸點(diǎn)，樣品平面與凹球面鏡之間距離 Dq可調(diào)；雙球面光學(xué)腔的波導(dǎo)孔開在兩個(gè)凹球面鏡上，一側(cè)為輸入波導(dǎo)，一側(cè)為輸出波導(dǎo)。
 

　　在確定的測(cè)試頻率下，置入試樣后，諧振腔內(nèi)樣品到凹球面鏡的諧振長(zhǎng)度與有載品質(zhì)因數(shù)(有載值)均發(fā)生變化。根據(jù)諧振頻率、試樣厚度、置入試樣前后樣品到凹球面鏡的諧振長(zhǎng)度及有載品質(zhì)因數(shù)，可以計(jì)算出樣品的相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部和介電損耗角正切 tanδ。
 

　　測(cè)試步驟：
 

　　測(cè)試用樣品應(yīng)符合下列條件：a)測(cè)試試樣為大面積方形薄片板狀樣片，試樣長(zhǎng)寬為 80 mm-100 mm，允許誤差 2%；b)試樣厚度為 0.02 mm-1 mm，允許偏差 2%；c)試樣應(yīng)經(jīng)細(xì)磨或拋光，表面應(yīng)平整、清潔；d)試樣翹曲度為 H/L≤0.005，H 為翹起的高度，L 為翹起面板的長(zhǎng)度，放在玻璃平臺(tái)上用游標(biāo)卡尺檢測(cè)。
 

　　試樣預(yù)處理：
 

　　試驗(yàn)前，所有試樣應(yīng)置于溫度為21 ℃~25 ℃、相對(duì)濕度為40%~60%的環(huán)境中，預(yù)處理至少24h。但是，如果樣品最近被蝕刻或置于過(guò)高的濕度環(huán)境下，則應(yīng)將樣品置于空氣循環(huán)烘箱中于103 ℃~107 ℃條件下干燥2h，然后再按上述條件進(jìn)行預(yù)處理。
 

　　介電特性的測(cè)量：
 

　　1)樣品厚度測(cè)量：用經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的精度為 0.001 mm 的千分尺對(duì)樣品厚度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)試點(diǎn)包含樣品外側(cè)5mm~10mm 處的4個(gè)點(diǎn)及樣品的中心點(diǎn)，共計(jì)5個(gè)點(diǎn)。5個(gè)點(diǎn)的測(cè)試結(jié)果取算數(shù)平均值，即為測(cè)試樣品的厚度；
 

　　2)開機(jī)：開啟網(wǎng)絡(luò)分析儀及諧振腔的電源，預(yù)熱30min，使系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)；
 

　　3)空腔校正：打開測(cè)試軟件，選擇空腔校正菜單，選擇需測(cè)試頻段，并在所選頻段內(nèi)對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行空腔校正，自動(dòng)測(cè)試程序讀取不同頻率下的空腔諧振頻率及空腔品質(zhì)因子，空腔校正完畢后進(jìn)行空腔校正數(shù)據(jù)的保存；
 

　　4)樣品測(cè)試：將樣品置于樣品架上并進(jìn)行固定，選擇樣品測(cè)試菜單，讀取對(duì)應(yīng)的空腔校正文件，根據(jù)頁(yè)面提示輸入樣品名稱及樣品厚度，運(yùn)行樣品測(cè)試程序，自動(dòng)測(cè)試程序在不同頻段的有載諧振頻率點(diǎn)附近處自動(dòng)讀取 S21最大值處的有載諧振頻率及有載品質(zhì)因子，并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。通過(guò)超越方程運(yùn)算求解折射率 n 從而得到相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部，通過(guò)加載前后品質(zhì)因數(shù)變化推導(dǎo)求解樣品的介電損耗角正切。諧振頻率、相對(duì)介電常數(shù)實(shí)部及損耗角正切值計(jì)算公式參見附錄 A，測(cè)試示例參見附錄 B。
 

　　報(bào)告：
 

　　報(bào)告包括但不限于下列內(nèi)容報(bào)告格式參見附錄C。a)測(cè)試環(huán)境的溫度和濕度；b)測(cè)試頻率；c)測(cè)試頻率下的相對(duì)介電常數(shù)和損耗角正切值；d)試樣的預(yù)處理；e)測(cè)試過(guò)程中的任何異常或本測(cè)試方法的變化；f)設(shè)備信息(設(shè)備名稱，型號(hào)，編號(hào))和樣品信息(制樣等)。（更多詳情請(qǐng)見附件）