【儀表網(wǎng) 儀表標準】由中國材料與試驗標準化委員會基礎與共性技術(shù)標準化領域委員會歸口承擔的《毫米波頻段材料介電性能測試開放式共聚焦諧振腔法》團體標準已完成征求意見稿。按照《中國材料與試驗團體標準制修訂管理細則》的有關(guān)要求，現(xiàn)公開征求意見。
 

　　移動通信產(chǎn)業(yè)的技術(shù)演進每10年一代，5G將成為下一代最主要的移動通信技術(shù)。隨著5G發(fā)展的不斷深化，毫米波技術(shù)將成為未來發(fā)展的主要方向。而伴隨著毫米波技術(shù)的應用，給材料產(chǎn)業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)和機遇，介電性能是材料在毫米波頻段應用的最主要的性能指標。因此，介電性能的測試對于材料生產(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試方法相比，具有測試效率高、夾具制作簡單、測試精度高、測試頻段寬、適用于高頻低損耗樣品等特點，除介質(zhì)基板類材料外，還適用于薄膜類材料的自動、連續(xù)化測試。本文提出了使用開放式共聚焦諧振腔進行毫米波頻段材料的介電性能的測試方法，涉及相對介電常數(shù)實部、損耗角正切值的檢測方法，提供了適用于各類材料的自動測試方法。
 

　　本文件是按照 GB/T 1.1-2020 《標準化工作導則 第 1 部分：標準化文件的結(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 毫米波段精細陶瓷介電性能的測量方法-第 2 部分：開放式諧振腔法 術(shù)語和定義等規(guī)程編制。
 

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

　　本文件適用于測量氧化硅、氧化鋁、氮化鋁、氧化鋯、氮化硼、碳化硅、鈦酸鋇等無機材料，PCB等有機無機復合板材，PTFE、PS 等有機工程塑料的相對介電常數(shù)實部和介電損耗角正切的測量，也適于其他類似固體電介質(zhì)、復合板材、工程塑料材料及其LCP、MPI 等薄膜樣品的相對介電常數(shù)實部和損耗角正切的測量。
 

　　測量原理：
 

　　將曲率半徑為R0，球面鏡橫截面圓的半徑為a，且兩個金屬凹球面鏡底部連接可移動的機械傳輸裝置，按照不同頻段兩凹球面鏡移動到對應位置后固定，此時兩鏡之間的腔長值為D，同時保持兩鏡面的曲率中心連線與兩鏡面的口徑中心點連線重合，構(gòu)成開放式共聚焦諧振腔。
 

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

　　在確定的測試頻率下，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度及有載品質(zhì)因數(shù)，可以計算出樣品的相對介電常數(shù)實部和介電損耗角正切 tanδ。
 

　　測試步驟：
 

　　測試用樣品應符合下列條件：a)測試試樣為大面積方形薄片板狀樣片，試樣長寬為 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)試樣應經(jīng)細磨或拋光，表面應平整、清潔；d)試樣翹曲度為 H/L≤0.005，H 為翹起的高度，L 為翹起面板的長度，放在玻璃平臺上用游標卡尺檢測。
 

　　試樣預處理：
 

　　試驗前，所有試樣應置于溫度為21 ℃~25 ℃、相對濕度為40%~60%的環(huán)境中，預處理至少24h。但是，如果樣品最近被蝕刻或置于過高的濕度環(huán)境下，則應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行預處理。
 

　　介電特性的測量：
 

　　1)樣品厚度測量：用經(jīng)過校準的精度為 0.001 mm 的千分尺對樣品厚度進行測量，測試點包含樣品外側(cè)5mm~10mm 處的4個點及樣品的中心點，共計5個點。5個點的測試結(jié)果取算數(shù)平均值，即為測試樣品的厚度；
 

　　2)開機：開啟網(wǎng)絡分析儀及諧振腔的電源，預熱30min，使系統(tǒng)進入穩(wěn)定運行狀態(tài)；
 

　　3)空腔校正：打開測試軟件，選擇空腔校正菜單，選擇需測試頻段，并在所選頻段內(nèi)對網(wǎng)絡分析儀進行空腔校正，自動測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，空腔校正完畢后進行空腔校正數(shù)據(jù)的保存；
 

　　4)樣品測試：將樣品置于樣品架上并進行固定，選擇樣品測試菜單，讀取對應的空腔校正文件，根據(jù)頁面提示輸入樣品名稱及樣品厚度，運行樣品測試程序，自動測試程序在不同頻段的有載諧振頻率點附近處自動讀取 S21最大值處的有載諧振頻率及有載品質(zhì)因子，并對測試數(shù)據(jù)進行保存。通過超越方程運算求解折射率 n 從而得到相對介電常數(shù)實部，通過加載前后品質(zhì)因數(shù)變化推導求解樣品的介電損耗角正切。諧振頻率、相對介電常數(shù)實部及損耗角正切值計算公式參見附錄 A，測試示例參見附錄 B。
 

　　報告：
 

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