JJF(电子) 0028-2019 低损耗介质材料复介电常数标准样片校准规范

JJF(电子)0028—2019ComplexPermittivityofLow-lossDi低损耗介质材料复介电常数标准样片校准规范CalibrationSpecificationoftheStandardSamplesoftheComplexPermittivityofLow-lossDielectricMaterialsJJF(电子)0028—2019归口单位：中国电子技术标准化研究院主要起草单位：中国电子技术标准化研究院参加起草单位：中国计量科学研究院西安邮电大学本规范技术条文委托起草单位负责解释J本规范主要起草人：赵飞(中国电子技术标准化研究院)裴静(中国电子技术标准化研究院)徐沛(中国电子技术标准化研究院)参加起草人：刘欣萌(中国计量科学研究院)汤琦(西安邮电大学)4低损耗介质材料复介电常数标准样片校准规范 (8) 附录B校准证书内页格式 (15) 低损耗介质材料复介电常数标准样片校准规范7标称值范围：2-100,最大允许误差：±(0.5%~1.5%)。6.1.2相对湿度：20%-80%;谐振腔内直径的1.2倍；9(DH2先测量TE,谐振峰的谐振频率乐、插人损耗L和3dB带宽/m,具体测量方法如图4所示。再用类似的方法，测量TE谐振峰的谐振频率/2、插 式中：D—所用夹具的谐振腔直径，m;H—所用夹具的谐振腔长度，m;a,—所用夹具的谐振腔内导体的相对电导率，无单位；e—真空中的光速(c=2.9979×10³m/s);m—第一类零阶贝塞尔函数导数的第一个解，数值M—真空磁导率(μ=4=×10'N/A²);7.3.4如图5所示将被校样片加载到专用测试夹具上。根据图6所示可以先粗略估计出2鲁100o7.3.5加载被校样片后的TE谐振峰的无载Q值和有载Q值仍可以分别通过式(6)和 Q.—加载样片后的TE谐振峰的有载表A.3中。7.4损耗角正切值e)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);8)进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的接j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；k)校准环境的描述；1)校准结果及其测量不确定度的说明；附录C不确定度评定示例原始记录格式S校准证书内页格式附录C测量不确定度评定示例C.1相对介电常数的结果不确定度的评定以10GHa谐振腔测量夹具对相对介电常数标称值为3.83的标准样片的校准为例。C.1.1测量模型根据附录D所述的相关物理模型及其数学表达式可知，相对介电常数e可以用如下抽象的函数表达式来表示：f—TE谐振峰的谐振频率；R——谐振腔的半径；M—谐振腔长度H的一半；1被校样片的厚度。C.1.2不确定度来源a)谐振频率f的测量不准确引人的标准不确定度分量um;b)谐振腔内腔的半腔体长度M的测量不准确引人的标准不确定度分量um;e)谐振腔内腔的半径R的测量不准确引人的标准不确定度分量#m;d)样片厚度：的测量不准确引人的标准不确定度分量#u;e)测量重复性变化引人的不确定度分量A。C.1.3标准不确定度评定C.1.3.1谐振频率f的测量不准确引人的标准不确定度分量um用B类方法对标准不确定度评定。谐振频率的测量不确定度主要由频率测量准确度和频率测量重复性决定。经实验研究表明，10GHz谐振腔的测量不确定度约为0.00065GHz,利用自编软件可以计算出频率极限变化量对应的相对介电常数的极限变化量，即相对介电常数的区间半宽度为a=0.0026,概率分布为均匀分布，则k=√3,故其不确定度分量nm=a/k=0.0015。C.1.3.2谐振腔内腔的半腔体长度M的测量不准确引人的标准不确定度分量ug用B类方法对标准不确定度评定。谐振腔内腔的半腔体长度M是用谐振频率TE和TE计算得到的，因此其测量不确定度主要由频率测量准确度和频率测量重复性决定。实验研究表明，谐振频率TEa和TEm的测量不确定度分别约为0.00065GH和0.00095SGHz,从而可以得到谐振腔内腔的半腔体长度M的极限变化量不会大于±0.0025mm,再利用自编软件可以计算出半腔体长度M的极限k=√6,故其不确定度分量nm=a/k=0.000057。C.1.3.3分离圆柱谐振腔内腔的半径R的测量不准确引人的标准不确定度分量u用B类方法对标准不确定度评定。谐振腔内腔的半腔体半径R是用谐振频率TEu和TEm计算得到的，因此其测量不确定度主要由频率测量准确度和频率测量重复性决定。实验研究表明，谐振频率TE和TEn的测量不确定度分别约为0.00065GHz和0.00095GHz,因此可以得到，谐振腔内腔的半腔体半径2R的极限变化量不会大于±0.005mm,利用自编软件可以计算出半腔体半径R的极限变化量对应的相对介电常数的极限变化量，即相对介电常数的区间半宽度为a=0.0085,概率分布为梯形分布，按角参数β约为0.71计算，则k=2,故其不确定度分量wm=a/k=0.0043。C.1.3.4样片厚度t的测量不准确引入的标准不确定度分量u用B类方法对标准不确定度评定。样片厚度：的测量不确定度主要由厚度测量用的数字千分尺的准确度和厚度测量重复性决定。实验研究表明，样片厚度t的极限变化量不会大于±0.0023mm,利用自编软件可以计算出样片厚度：的极限变化量对应的相对介电常数的极限变化量，即相对介电常数的区间半宽度为a=0.0061,概率分布为均匀分C.1.3.5测量重复性变化引人的不确定度分量uA焉;第SAiC.1.4合成标准不确定度.=√(Mm+Ln+um)²+(πm)²+(mA)²=0.0071C.1.5扩展不确定度取k=2,则扩展不确定度U=u,×k=0.014,相对扩展不确定度为Um=0.4%。C.2损耗角正切值的结果不确定度的评定以10GHz谐振腔测量夹具对损耗角正切值标称值为2×10-⁴的标准样片的校准为例。C.2.1测量模型根据附录D所述的相关物理模型及其数学表达式可知，损耗角正切值tan8可以用如a—谐振腔内腔体电导率；t—被校样片的厚度。b)谐振腔内腔体电导率σ的测量不准确引人的标准不确定度分量um;d)谐振腔内腔的半腔体长度M的测量不准确引人的标准不确定度分量Ha;和频率测量重复性决定。经实验研究表明，10GHz谐振腔的测量不确定度约为0.0065GHz,利用自编软件可以计算出频率极限变化C.2.3.2谐振腔内腔体电导率a大于0.31×10'S/m,利用自编软件可以计算出谐振腔内腔体电导率a用B类方法对标准不确定度评定。谐振腔的无载品质因数Q的测量不确定度主要谐振腔的无载品质因数Q.的测量不确定度约为846(相对于谐振腔的无载品质因数28982而言),利用自编软件可以计算出谐振腔的无载品质因数Q的测量不确定度对应的损耗角正切值的极限变化量，即损耗角正切值的区间半宽度为a=8×10⁴,C.2.3.4谐振腔内腔的半腔体长度M的测量不准确引人的标准不确定度分量ug用B类方法对标准不确定度评定。谐振腔内腔的半腔体长度M是用谐振频率TEa和TEm计算得到的，因此其测量不确定度主要由频率测量准确度和频率测量重复性决定。实验研究表明，谐振频率TEm和TE4的测量不确定度分别约为0.00065GHz和0.00095GHz,从而可以得到谐振腔内腔的半腔体长度M的极限变化量不会大于±0.005mm,再利用自编软件可以计算出半腔体长度M的极限变化量对应的损耗角正切值的极限变化量，即损耗角正切值的区间半宽度为k=6,故其不确定度分量nm=a/k<0.4×10-C.2.3.5分离圆柱谐振腔内腔的半径R的测量不准确引人的标准不确定度分量"gs用B类方法对标准不确定度评定。谐振腔内腔的半腔体半径R是用谐振频率TEm和TFm计算得到的，因此其测量不确定度主要由频率测量准确度和频率测量重复性决定。实验研究表明，谐振频率TE‰和TEu的测量不确定度分别约为0.00065CHz和0.00095GHz,因此可以得到，谐振腔内腔的半腔体半径2R的极限变化量不会大于±0.005mm,利用自编软件可以计算出半腔体半径R的极限变化量对应的损耗角正切值参数β约为0.71计算，则k=2,故其不确定度分量ug=a/k=0.5×10C.2.3.6样片厚度：的测量不准确引人的标准不确用B类方法对标准不确定度评定。样片厚度：的测量不确定度主要由厚度测量用的数字千分尺的准确度和厚度测量重复性决定。实验研究表明，样片厚度：的极限变化量不会大于±0.0023mm,利用自编软件可以计算出样片厚度：的极限变化量对应的损耗角正切值的极限变化量，即损耗角正切值的区间半宽度为a<1×106,概率分布为均匀分与i相对介电常数和损耗角正切值的具体计算方法振器法测量低损耗电介质板的复介电常数中所述的原理和方法。也可以基于分离圆柱体D.1计算模型本规范中使用的测量被校样片的复介电常数的谐振腔结构如图D.1(a)所示。该谐常数和损耗角正切值的谐振腔结构简化为图D.1(b),此时就可以利用测得的f和Q再通过简单公式计算得到被校样片近似的相对介电常数e:和损耗角正切值tan8,;b)再使用基于刚性分析得到的比例图将近似的相对介电常数e:;和损耗角正切值e——真空中的光速(c=2.9979×10³m/s);1—被校样片的厚度，单位为m;j——第一类零阶贝塞尔函数导数的第一个解，数值约等于3.83173;μ—谐振腔内导体的磁导率；公式(D.4)中的常数A和B·…·(D.6)W;—在图D.1(a)中区域1的介质样片内所存储的电场能；Pa——在图D.1(a)中区域1的谐振腔圆柱体内壁的导体损耗；P₀——在图D.1(a)中区域2的谐振腔圆柱体内壁的导体损耗；P灬——在图D.1(a)中谐振腔圆柱体底部内壁的导体更具体地，公式(D.6)和公式(D.7)中的各个中间变量可以分别用以下公式计算得k,=jm/R,X和Y分别