《微波波段固態(tài)電介質(zhì)材料介電特性測(cè)試 閉腔法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）編制說明

微波波段固態(tài)電介質(zhì)材料介電特性測(cè)試閉腔法

CSTM標(biāo)準(zhǔn)編制說明

一、編制標(biāo)準(zhǔn)的目的和意義

介質(zhì)材料廣泛應(yīng)用于電子通信、航空航天、軍事裝備等民用和軍事領(lǐng)域，介

電性能是評(píng)價(jià)微波介質(zhì)材料的主要技術(shù)指標(biāo)，準(zhǔn)確測(cè)量介質(zhì)材料的介電性能在

新材料開發(fā)、應(yīng)用研究、相關(guān)器件設(shè)計(jì)等過程中發(fā)揮著不可或缺的作用。介質(zhì)材

料的介電性能的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)介質(zhì)材料相關(guān)產(chǎn)業(yè)化的高速發(fā)展具有重大意義。本文

件規(guī)定了微波波段電介質(zhì)材料介電特性閉腔測(cè)試方法，可滿足介質(zhì)材料于微波波

段介電特性測(cè)試，滿足介質(zhì)材料的研究、生產(chǎn)與應(yīng)用的測(cè)試需求。

共有5家單位參與了本次比對(duì)，主要目的是驗(yàn)證建立介電性能測(cè)試方法的一

致可靠性。比對(duì)結(jié)果通過En評(píng)定，結(jié)果顯示5家單位的比對(duì)結(jié)果均為合格且離

散性很小。

二、工作簡(jiǎn)況

1.主要參加單位和工作組成員等

本文件由山東國瓷功能材料股份有限公司主導(dǎo)并組織中國計(jì)量科學(xué)研究院、

成都恩馳微波科技有限公司、工業(yè)和信息化部電子第五研究所聯(lián)合起草。

主要成員：宋錫濱、任玲玲、朱恒、楊宏偉、艾遼東、奚洪亮、李碩、孫瑩

瑩、邢晶、余成勇、賀光輝、何驍、孫朝寧。

2.工作過程

2020年9月，閉腔法標(biāo)準(zhǔn)起草工作組組建，工作組包括具有標(biāo)準(zhǔn)制定經(jīng)驗(yàn)

的科研人員、分析技術(shù)人員。標(biāo)準(zhǔn)起草工作組討論了具體的工作過程、擬定了相

應(yīng)的工作計(jì)劃。經(jīng)過討論，標(biāo)準(zhǔn)的名稱為《微波波段固態(tài)電介質(zhì)材料介電特性測(cè)

試閉腔法》，本文件的制定是為了規(guī)范微波波段電介質(zhì)材料介電特性的測(cè)試，獲

得準(zhǔn)確的介質(zhì)材料介電性能信息，對(duì)介質(zhì)材料于微博波段介電性能測(cè)試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

化具有積極的意義。本標(biāo)準(zhǔn)的具體工作計(jì)劃如下：

2021年6月，工作組開始標(biāo)準(zhǔn)草案和編制說明的起草。

2021年7月，組織專家進(jìn)行了立項(xiàng)評(píng)審，CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)批準(zhǔn)立項(xiàng)，立

項(xiàng)號(hào)為CSTMLX000000751-2021。

2021年8月至10月，工作組設(shè)計(jì)比對(duì)方案，組織實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)，完成編制

1

說明。

2021年11月，完成征求意見并召開終審會(huì)，形成標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批稿。

2021年12月，委員會(huì)投票，上報(bào)標(biāo)委會(huì)。

三、標(biāo)準(zhǔn)編制原則

標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的部分依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)名稱

1.《準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)

標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)1.GB/T1.1-2020

構(gòu)和起草規(guī)則》

儀器方法1.SJ/T11433-20121.《矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通用規(guī)范》

1《.紅外探測(cè)材料中半導(dǎo)體光電材料和熱釋電材

標(biāo)準(zhǔn)的術(shù)語1.SJ/T11067-1996

料常用名詞術(shù)語3.3：介電損耗、損耗角正切》

四、確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)

1.標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容確定依據(jù)

閉腔法采用全封閉結(jié)構(gòu)的圓柱型金屬腔體，以消除輻射損耗影響，并用低損

耗介質(zhì)柱將待測(cè)材料放置于金屬腔內(nèi)部中心位置，以降低金屬感應(yīng)電流損耗。閉

腔法采用一種基于模式匹配法結(jié)合Rayleigh-Ritz法的理論計(jì)算方法，解決介質(zhì)加

載條件下封閉金屬腔內(nèi)電磁場(chǎng)分布問題，進(jìn)而得到諧振頻率與材料介電性能之間

的精確關(guān)系。標(biāo)準(zhǔn)編制組收集了大量國內(nèi)外相關(guān)資料，查詢了國內(nèi)外相關(guān)法律法

規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)方法，優(yōu)化了閉腔法對(duì)介質(zhì)材料介電性能的測(cè)試條件，為本方法的確定

打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.主要技術(shù)路線

樣品的制備→樣品尺寸測(cè)量→測(cè)試有載諧振頻率和有載品質(zhì)因子→計(jì)算介

電常數(shù)和損耗角正切值→按照比對(duì)方案進(jìn)行比對(duì)→對(duì)比對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。

3.比對(duì)方案

3.1比對(duì)樣品制備

稱料→混合→壓制→燒結(jié)→測(cè)試

按照以上步驟制備樣品，其中無機(jī)樣品命名為：QTO-150H，有機(jī)-無機(jī)復(fù)合

樣品命名為：RY-2103015。

3.2樣品前處理

實(shí)驗(yàn)前，試樣應(yīng)置于溫度為(23±2)℃、相對(duì)濕度為(50±5)%的環(huán)境中，預(yù)處

理至少24小時(shí)。

2

3.3樣品測(cè)試

3.3.1調(diào)節(jié)測(cè)試環(huán)境

環(huán)境溫度控制在（23±2）℃范圍內(nèi)，相對(duì)濕度控制在（40-60）%范圍內(nèi)。

3.3.2VNA預(yù)熱

測(cè)量前至少提前30分鐘開機(jī)，使VNA預(yù)熱至穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3.3試樣尺寸的測(cè)量

用精度為0.001mm的經(jīng)過校準(zhǔn)的千分尺對(duì)樣品厚度和直徑進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量

近中心不同位置的5個(gè)點(diǎn)，計(jì)算平均值，并記錄為樣品厚度和直徑值。

3.3.4介電特性的測(cè)量

將待測(cè)試樣放在測(cè)試位置，尋找諧振峰，并調(diào)節(jié)耦合環(huán)調(diào)至弱耦合狀態(tài)，讀

取S21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。

3.4數(shù)據(jù)處理

3.4.1計(jì)算介電常數(shù)

當(dāng)介質(zhì)諧振器的諧振模式為TE01δ時(shí)，區(qū)域1～6的相關(guān)參數(shù)滿足公式(1)。

（）

2

2π2

???=???0

222

???=?0????1................................................................................(1)

2

?0=ω?0?0

222

?1=?????0??1

222

?式2中=：?????0

Kci、Kco－徑向波數(shù)；

k0－自由空間的波數(shù)；

β1－軸向傳播常數(shù)；

α1－區(qū)域2的軸向衰減常數(shù)；

α2－區(qū)域3的軸向衰減常數(shù)；

ω－角頻率；

μ0－空氣的磁導(dǎo)率。

由邊界連續(xù)條件，可推導(dǎo)出下式：

（）

（）（）......................................(2)

?0????????11

?1????=?????1?????0????+?co??1?co?

3

...................................................................(3)

?1?1?

11111

?=????coth????2....................................................................(4)

?1?1?

?2=???.?.1..c..o..t..h..?..2..?..2.....?....?..1..2......................................................................(5)

?其1中+：?2=0

（2）式中：

J0（x）－零階第一類貝塞爾函數(shù)；

J1（x）－一階第一類貝塞爾函數(shù)；

K0（x）－零階第二類貝塞爾函數(shù)；

K1（x）－一階第二類貝塞爾函數(shù)。

由公式（1）~（5）可以求解出樣品的介電常數(shù)。

3.4.2計(jì)算損耗角正切

損耗角正切應(yīng)按公式（6）進(jìn)行計(jì)算：

..........................................................................................(6)

1

t式an中?：=1+????

－測(cè)試系統(tǒng)的無載Q值；

??，；

????

???0??

P?c－=金屬腔?內(nèi)=壁的損耗功率；

ω0－諧振頻率。

3.5比對(duì)測(cè)試過程

將QTO-150H和RY-2103015樣品按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)樣品測(cè)試3次，

取3次結(jié)果的算術(shù)平均值為最終結(jié)果。

4.實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)

4.1不確定度評(píng)定

4.1.1測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度

4.1.2試樣高度和直徑引入的不確定度

4.1.3諧振頻率引入的不確定度

4.1.4逐次逼近算法引入的不確定度

4.2閉腔法測(cè)試結(jié)果

比對(duì)參加單位對(duì)樣品QTO-150H和樣品RY-2103015的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1、表

4

2所示，En值圖如圖1、圖2所示。

表1QTO-150H實(shí)驗(yàn)結(jié)果

比對(duì)參加擴(kuò)展不確擴(kuò)展不確

單位介電常數(shù)定度En介電損耗定度En

（k=2）（k=2）

120.490.19700.05012.10E-47.580E-50.5696

220.500.16780.11721.30E-47.272E-5-0.1525

320.460.1563-0.12551.00E-46.430E-5-0.4502

420.470.2043-0.04841.38E-49.009E-5-0.0715

520.480.150201.55E-48.491E-50.0737

表2RY-2103015實(shí)驗(yàn)結(jié)果

比對(duì)參加擴(kuò)展不確擴(kuò)展不確

單位介電常數(shù)定度En介電損耗定度En

（k=2）（k=2）

121.110.20890.11431.68E-48.835E-50.3036

221.250.23870.52481.40E-47.278E-50.0311

320.930.2254-0.44161.00E-48.718E-5-0.3719

421.030.1629-0.15361.46E-48.432E-50.0894

521.050.2641-0.06781.32E-49.382E-5-0.0465

5

圖1QTO-150H比對(duì)結(jié)果的En值圖圖2RY-2103015比對(duì)結(jié)果的En值圖

5.比對(duì)結(jié)果評(píng)價(jià)

經(jīng)計(jì)算，各家實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果的不確定度水平相近，故采用5家實(shí)驗(yàn)室的測(cè)

量結(jié)果算術(shù)平均值作為參考值，采用En值統(tǒng)計(jì)法對(duì)測(cè)量結(jié)果離散性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

根據(jù)JJF1117-2010《計(jì)量比對(duì)》，若|En|≤1，則參加實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量結(jié)果與參考值

之差在合理的預(yù)期之內(nèi)，比對(duì)結(jié)果可接受。從表1、表2和圖1、圖2可知，各

比對(duì)參加實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果均可接受。計(jì)算結(jié)果說明測(cè)量方法可靠、可操作性，且普

遍性好，能保證測(cè)量方法的一致性。

比對(duì)單位與對(duì)應(yīng)編號(hào)

比對(duì)單位編號(hào)比對(duì)單位

1信息產(chǎn)業(yè)專用材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心

2成都恩馳微波科技有限公司

3北京無線電計(jì)量測(cè)試研究所

4臺(tái)灣工業(yè)技術(shù)研究院

5山東國瓷功能材料股份有限公司

五、與國際同類標(biāo)準(zhǔn)水平對(duì)比情況

國內(nèi)外無標(biāo)準(zhǔn)。

六、與有關(guān)的現(xiàn)行法律、法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

本部分編制原則符合國家的有關(guān)法規(guī)法律，與強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致。

七、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)

暫無。

八、貫徹標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議（包括組織措施、技術(shù)措施、過渡辦法等內(nèi)容）

暫無。

6

九、廢止現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建議

暫無。

十、其他應(yīng)予說明的事項(xiàng)

暫無。

7

微波波段固態(tài)電介質(zhì)材料介電特性測(cè)試

閉腔法

Measurementfordielectricpropertiesofsolid-statedielectric

materialsatmicrowavefrequency—"TheClosedCavity"method

編制說明

微波波段固態(tài)電介質(zhì)材料介電特性測(cè)試閉腔法

CSTM標(biāo)準(zhǔn)編制工作組

2021年6月

編制說明

微波波段固態(tài)電介質(zhì)材料介電特性測(cè)試閉腔法

CSTM標(biāo)準(zhǔn)編制說明

一、編制標(biāo)準(zhǔn)的目的和意義

介質(zhì)材料廣泛應(yīng)用于電子通信、航空航天、軍事裝備等民用和軍事領(lǐng)域，介

電性能是評(píng)價(jià)微波介質(zhì)材料的主要技術(shù)指標(biāo)，準(zhǔn)確測(cè)量介質(zhì)材料的介電性能在

新材料開發(fā)、應(yīng)用研究、相關(guān)器件設(shè)計(jì)等過程中發(fā)揮著不可或缺的作用。介質(zhì)材

料的介電性能的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)介質(zhì)材料相關(guān)產(chǎn)業(yè)化的高速發(fā)展具有重大意義。本文

件規(guī)定了微波波段電介質(zhì)材料介電特性閉腔測(cè)試方法，可滿足介質(zhì)材料于微波波

段介電特性測(cè)試，滿足介質(zhì)材料的研究、生產(chǎn)與應(yīng)用的測(cè)試需求。

共有5家單位參與了本次比對(duì)，主要目的是驗(yàn)證建立介電性能測(cè)試方法的一

致可靠性。比對(duì)結(jié)果通過En評(píng)定，結(jié)果顯示5家單位的比對(duì)結(jié)果均為合格且離

散性很小。

二、工作簡(jiǎn)況

1.主要參加單位和工作組成員等

本文件由山東國瓷功能材料股份有限公司主導(dǎo)并組織中國計(jì)量科學(xué)研究院、

成都恩馳微波科技有限公司、工業(yè)和信息化部電子第五研究所聯(lián)合起草。

主要成員：宋錫濱、任玲玲、朱恒、楊宏偉、艾遼東、奚洪亮、李碩、孫瑩

瑩、邢晶、余成勇、賀光輝、何驍、孫朝寧。

2.工作過程

2020年9月，閉腔法標(biāo)準(zhǔn)起草工作組組建，工作組包括具有標(biāo)準(zhǔn)制定經(jīng)驗(yàn)

的科研人員、分析技術(shù)人員。標(biāo)準(zhǔn)起草工作組討論了具體的工作過程、擬定了相

應(yīng)的工作計(jì)劃。經(jīng)過討論，標(biāo)準(zhǔn)的名稱為《微波波段固態(tài)電介質(zhì)材料介電特性測(cè)

試閉腔法》，本文件的制定是為了規(guī)范微波波段電介質(zhì)材料介電特性的測(cè)試，獲

得準(zhǔn)確的介質(zhì)材料介電性能信息，對(duì)介質(zhì)材料于微博波段介電性能測(cè)試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

化具有積極的意義。本標(biāo)準(zhǔn)的具體工作計(jì)劃如下：

2021年6月，工作組開始標(biāo)準(zhǔn)草案和編制說明的起草。

2021年7月，組織專家進(jìn)行了立項(xiàng)評(píng)審，CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)批準(zhǔn)立項(xiàng)，立

項(xiàng)號(hào)為CSTMLX000000751-2021。

2021年8月至10月，工作組設(shè)計(jì)比對(duì)方案，組織實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)，完成編制

1

說明。

2021年11月，完成征求意見并召開終審會(huì)，形成標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批稿。

2021年12月，委員會(huì)投票，上報(bào)標(biāo)委會(huì)。

三、標(biāo)準(zhǔn)編制原則

標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的部分依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)名稱

1.《準(zhǔn)化工作導(dǎo)則