《微波波段固态电介质材料介电特性测试 闭腔法》团体标准（征求意见稿）编制说明

微波波段固态电介质材料介电特性测试闭腔法

CSTM标准编制说明

一、编制标准的目的和意义

介质材料广泛应用于电子通信、航空航天、军事装备等民用和军事领域，介

电性能是评价微波介质材料的主要技术指标，准确测量介质材料的介电性能在

新材料开发、应用研究、相关器件设计等过程中发挥着不可或缺的作用。介质材

料的介电性能的测试标准对介质材料相关产业化的高速发展具有重大意义。本文

件规定了微波波段电介质材料介电特性闭腔测试方法，可满足介质材料于微波波

段介电特性测试，满足介质材料的研究、生产与应用的测试需求。

共有5家单位参与了本次比对，主要目的是验证建立介电性能测试方法的一

致可靠性。比对结果通过En评定，结果显示5家单位的比对结果均为合格且离

散性很小。

二、工作简况

1.主要参加单位和工作组成员等

本文件由山东国瓷功能材料股份有限公司主导并组织中国计量科学研究院、

成都恩驰微波科技有限公司、工业和信息化部电子第五研究所联合起草。

主要成员：宋锡滨、任玲玲、朱恒、杨宏伟、艾辽东、奚洪亮、李硕、孙莹

莹、邢晶、余成勇、贺光辉、何骁、孙朝宁。

2.工作过程

2020年9月，闭腔法标准起草工作组组建，工作组包括具有标准制定经验

的科研人员、分析技术人员。标准起草工作组讨论了具体的工作过程、拟定了相

应的工作计划。经过讨论，标准的名称为《微波波段固态电介质材料介电特性测

试闭腔法》，本文件的制定是为了规范微波波段电介质材料介电特性的测试，获

得准确的介质材料介电性能信息，对介质材料于微博波段介电性能测试技术标准

化具有积极的意义。本标准的具体工作计划如下：

2021年6月，工作组开始标准草案和编制说明的起草。

2021年7月，组织专家进行了立项评审，CSTM标准委员会批准立项，立

项号为CSTMLX000000751-2021。

2021年8月至10月，工作组设计比对方案，组织实验室间比对，完成编制

1

说明。

2021年11月，完成征求意见并召开终审会，形成标准报批稿。

2021年12月，委员会投票，上报标委会。

三、标准编制原则

标准中相应的部分依据的标准编号依据的标准名称

1.《准化工作导则第1部分：标准化文件的结

标准的结构1.GB/T1.1-2020

构和起草规则》

仪器方法1.SJ/T11433-20121.《矢量网络分析仪通用规范》

1《.红外探测材料中半导体光电材料和热释电材

标准的术语1.SJ/T11067-1996

料常用名词术语3.3：介电损耗、损耗角正切》

四、确定标准主要内容的论据

1.标准主要内容确定依据

闭腔法采用全封闭结构的圆柱型金属腔体，以消除辐射损耗影响，并用低损

耗介质柱将待测材料放置于金属腔内部中心位置，以降低金属感应电流损耗。闭

腔法采用一种基于模式匹配法结合Rayleigh-Ritz法的理论计算方法，解决介质加

载条件下封闭金属腔内电磁场分布问题，进而得到谐振频率与材料介电性能之间

的精确关系。标准编制组收集了大量国内外相关资料，查询了国内外相关法律法

规和标准方法，优化了闭腔法对介质材料介电性能的测试条件，为本方法的确定

打下了坚实的基础。

2.主要技术路线

样品的制备→样品尺寸测量→测试有载谐振频率和有载品质因子→计算介

电常数和损耗角正切值→按照比对方案进行比对→对比对结果进行分析。

3.比对方案

3.1比对样品制备

称料→混合→压制→烧结→测试

按照以上步骤制备样品，其中无机样品命名为：QTO-150H，有机-无机复合

样品命名为：RY-2103015。

3.2样品前处理

实验前，试样应置于温度为(23±2)℃、相对湿度为(50±5)%的环境中，预处

理至少24小时。

2

3.3样品测试

3.3.1调节测试环境

环境温度控制在（23±2）℃范围内，相对湿度控制在（40-60）%范围内。

3.3.2VNA预热

测量前至少提前30分钟开机，使VNA预热至稳定状态。

3.3.3试样尺寸的测量

用精度为0.001mm的经过校准的千分尺对样品厚度和直径进行测量，测量

近中心不同位置的5个点，计算平均值，并记录为样品厚度和直径值。

3.3.4介电特性的测量

将待测试样放在测试位置，寻找谐振峰，并调节耦合环调至弱耦合状态，读

取S21的有载谐振频率及有载品质因子，并对测试数据进行保存。

3.4数据处理

3.4.1计算介电常数

当介质谐振器的谐振模式为TE01δ时，区域1～6的相关参数满足公式(1)。

（）

2

2π2

�𝑐=�−�0

222

�𝑐=�0��−�1................................................................................(1)

2

�0=ω�0�0

222

�1=�𝑐−�0��1

222

�式2中=：�𝑐−�0

Kci、Kco－径向波数；

k0－自由空间的波数；

β1－轴向传播常数；

α1－区域2的轴向衰减常数；

α2－区域3的轴向衰减常数；

ω－角频率；

μ0－空气的磁导率。

由边界连续条件，可推导出下式：

（）

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

�0�𝑐��𝑐�11

�1�𝑐�=�𝑐��1�𝑐��0�𝑐�+�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）－零阶第一类贝塞尔函数；

J1（x）－一阶第一类贝塞尔函数；

K0（x）－零阶第二类贝塞尔函数；

K1（x）－一阶第二类贝塞尔函数。

由公式（1）~（5）可以求解出样品的介电常数。

3.4.2计算损耗角正切

损耗角正切应按公式（6）进行计算：

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

1

t式an中�：=1+����

－测试系统的无载Q值；

��，；

����

���0��

P�c－=金属腔�内=壁的损耗功率；

ω0－谐振频率。

3.5比对测试过程

将QTO-150H和RY-2103015样品按照标准进行测试，每个样品测试3次，

取3次结果的算术平均值为最终结果。

4.实验室间比对

4.1不确定度评定

4.1.1测量重复性引入的不确定度

4.1.2试样高度和直径引入的不确定度

4.1.3谐振频率引入的不确定度

4.1.4逐次逼近算法引入的不确定度

4.2闭腔法测试结果

比对参加单位对样品QTO-150H和样品RY-2103015的实验结果如表1、表

4

2所示，En值图如图1、图2所示。

表1QTO-150H实验结果

比对参加扩展不确扩展不确

单位介电常数定度En介电损耗定度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实验结果

比对参加扩展不确扩展不确

单位介电常数定度En介电损耗定度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

图1QTO-150H比对结果的En值图图2RY-2103015比对结果的En值图

5.比对结果评价

经计算，各家实验室测量结果的不确定度水平相近，故采用5家实验室的测

量结果算术平均值作为参考值，采用En值统计法对测量结果离散性进行评价。

根据JJF1117-2010《计量比对》，若|En|≤1，则参加实验室的测量结果与参考值

之差在合理的预期之内，比对结果可接受。从表1、表2和图1、图2可知，各

比对参加实验室的结果均可接受。计算结果说明测量方法可靠、可操作性，且普

遍性好，能保证测量方法的一致性。

比对单位与对应编号

比对单位编号比对单位

1信息产业专用材料质量监督检验中心

2成都恩驰微波科技有限公司

3北京无线电计量测试研究所

4台湾工业技术研究院

5山东国瓷功能材料股份有限公司

五、与国际同类标准水平对比情况

国内外无标准。

六、与有关的现行法律、法规和强制性标准的关系

本部分编制原则符合国家的有关法规法律，与强制性标准协调一致。

七、重大分歧意见的处理经过和依据

暂无。

八、贯彻标准的要求和措施建议（包括组织措施、技术措施、过渡办法等内容）

暂无。

6

九、废止现行有关标准的建议

暂无。

十、其他应予说明的事项

暂无。

7

微波波段固态电介质材料介电特性测试

闭腔法

Measurementfordielectricpropertiesofsolid-statedielectric

materialsatmicrowavefrequency—"TheClosedCavity"method

编制说明

微波波段固态电介质材料介电特性测试闭腔法

CSTM标准编制工作组

2021年6月

编制说明

微波波段固态电介质材料介电特性测试闭腔法

CSTM标准编制说明

一、编制标准的目的和意义

介质材料广泛应用于电子通信、航空航天、军事装备等民用和军事领域，介

电性能是评价微波介质材料的主要技术指标，准确测量介质材料的介电性能在

新材料开发、应用研究、相关器件设计等过程中发挥着不可或缺的作用。介质材

料的介电性能的测试标准对介质材料相关产业化的高速发展具有重大意义。本文

件规定了微波波段电介质材料介电特性闭腔测试方法，可满足介质材料于微波波

段介电特性测试，满足介质材料的研究、生产与应用的测试需求。

共有5家单位参与了本次比对，主要目的是验证建立介电性能测试方法的一

致可靠性。比对结果通过En评定，结果显示5家单位的比对结果均为合格且离

散性很小。

二、工作简况

1.主要参加单位和工作组成员等

本文件由山东国瓷功能材料股份有限公司主导并组织中国计量科学研究院、

成都恩驰微波科技有限公司、工业和信息化部电子第五研究所联合起草。

主要成员：宋锡滨、任玲玲、朱恒、杨宏伟、艾辽东、奚洪亮、李硕、孙莹

莹、邢晶、余成勇、贺光辉、何骁、孙朝宁。

2.工作过程

2020年9月，闭腔法标准起草工作组组建，工作组包括具有标准制定经验

的科研人员、分析技术人员。标准起草工作组讨论了具体的工作过程、拟定了相

应的工作计划。经过讨论，标准的名称为《微波波段固态电介质材料介电特性测

试闭腔法》，本文件的制定是为了规范微波波段电介质材料介电特性的测试，获

得准确的介质材料介电性能信息，对介质材料于微博波段介电性能测试技术标准

化具有积极的意义。本标准的具体工作计划如下：

2021年6月，工作组开始标准草案和编制说明的起草。

2021年7月，组织专家进行了立项评审，CSTM标准委员会批准立项，立

项号为CSTMLX000000751-2021。

2021年8月至10月，工作组设计比对方案，组织实验室间比对，完成编制

1

说明。

2021年11月，完成征求意见并召开终审会，形成标准报批稿。

2021年12月，委员会投票，上报标委会。

三、标准编制原则

标准中相应的部分依据的标准编号依据的标准名称

1.《准化工作导则