DIN EN 62562-2011 Cavity resonator method to measure the complex permittivity of low-loss dielectric plates (IEC 62562 2010) German version EN 62562 2011《用空腔共振器法测量低损耗介质板复介电常数(IEC 6.pdf

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1、Oktober 2011DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 14DIN Deutsches Institut fr Normung e. V. Jede Art der Vervielfltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut fr Normung e. V., Berlin, gestattet.ICS

2、17.220.20!$sHU“1803750www.din.deDDIN EN 62562Hohlraumresonanzverfahren zum Messen der komplexen Permittivittvon verlustarmen dielektrischen Platten (IEC 62562:2010);Deutsche Fassung EN 62562:2011Cavity resonator method to measure the complex permittivity of low-loss dielectric plates(IEC 62562:2010)

3、;German version EN 62562:2011Mthode de la cavit rsonante pour mesurer la permittivit complexe des plaquesdilectriques faibles pertes (CEI 62562:2010);Version allemande EN 62562:2011Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin www.beuth.deGesamtumfang 20 SeitenDIN EN 62562:2011-10 2

4、 Anwendungsbeginn Anwendungsbeginn fr die von CENELEC am 2011-01-02 angenommene Europische Norm als DIN-Norm ist 2011-10-01. Nationales Vorwort Vorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN EN 62562:2009-08. Fr diese Norm ist das nationale Arbeitsgremium UK 412.4 Passive HF- und Mikrowellenbauelemente“ der D

5、KE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE (www.dke.de) zustndig. Die enthaltene IEC-Publikation wurde vom SC 46F RF and microwave passive components“ erarbeitet. Das IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zu dem Datum (stability

6、date) unverndert bleiben soll, das auf der IEC-Website unter http:/webstore.iec.ch“ zu dieser Publikation angegeben ist. Zu diesem Zeitpunkt wird entsprechend der Entscheidung des Komitees die Publikation besttigt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert. EUROPISCHE NORM EUROPEAN

7、STANDARD NORME EUROPENNE EN 62562 Februar 2011 ICS 17.220 Deutsche Fassung Hohlraumresonanzverfahren zum Messen der komplexen Permittivitt von verlustarmen dielektrischen Platten (IEC 62562:2010) Cavity resonator method to measure the complex permittivity of low-loss dielectric plates (IEC 62562:201

8、0) Mthode de la cavit rsonante pour mesurer la permittivit complexe des plaques dilectriques faibles pertes (CEI 62562:2010) Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2011-01-02 angenommen. Die CENELEC-Mitglieder sind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen fest

9、gelegt sind, unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu geben ist. Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit ihren bibliographischen Angaben sind beim Zentralsekretariat oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich.

10、Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). Eine Fassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener Verantwortung durch bersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat den gleich

11、en Status wie die offiziellen Fassungen. CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechnischen Komitees von Belgien, Bulgarien, Dnemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, Italien, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Malta, den Niederlanden, Norwegen, s

12、terreich, Polen, Portugal, Rumnien, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Slowenien, Spanien, der Tschechischen Republik, Ungarn, dem Vereinigten Knigreich und Zypern. CENELEC Europisches Komitee fr Elektrotechnische Normung European Committee for Electrotechnical Standardization Comit Europen de Nor

13、malisation Electrotechnique Zentralsekretariat: Avenue Marnix 17, B-1000 Brssel 2011 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren, sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten. Ref. Nr. EN 62562:2011 DDIN EN 62562:2011-10 EN 62562:2011 Vorwort Der Text

14、 des Schriftstcks 46F/118/CDV, zuknftige 1. Ausgabe von IEC 62562, ausgearbeitet von dem SC 46F R.F. and microwave passive components“ des IEC/TC 46 Cables, wires, waveguides, R.F. connectors, R.F. and microwave passive components and accessories“, wurde der IEC-CENELEC Parallelen Abstimmung unterwo

15、rfen und von CENELEC am 2011-01-02 als EN 62562 angenommen. Es wird auf die Mglichkeit hingewiesen, dass einige Elemente dieses Dokuments Patentrechte berhren knnen. CEN und CENELEC sind nicht dafr verantwortlich, einige oder alle diesbezglichen Patentrechte zu identifizieren. Nachstehende Daten wur

16、den festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebene durch Verffentlichung einer identischen nationalen Norm oder durch Anerkennung bernommen werden muss (dop): 2011-10-02 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, die der EN entgegenstehen, zurckgezogen werden mssen (dow): 2014-01-02 An

17、erkennungsnotiz Der Text der Internationalen Norm IEC 62562:2010 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abnderung als Europische Norm angenommen. 2 DIN EN 62562:2011-10 EN 62562:2011 Inhalt Seite Vorwort .2 1 Anwendungsbereich.4 2 Messparameter 4 3 Theorie und Berechnungsgrundlagen5 3.1 Permittivittszahl

18、 und Tangens des Verlustwinkels .5 3.2 Temperaturabhngigkeit von und tan 8 3.3 Parameter des Hohlraumes .9 4 Messgerte und -einrichtungen10 4.1 Messgerte.10 4.2 Messeinrichtung fr die komplexe Permittivitt10 5 Durchfhrung der Messung11 5.1 Vorbereitung der Messeinrichtung .11 5.2 Messung des Bezugsp

19、egels 11 5.3 Messung der Hohlraumparameter D, H, , ,cTC 12 5.4 Messung der komplexen Permittivitt des Prflings: und tan .13 5.5 Temperaturabhngigkeit von und tan 14 Anhang A (informativ) Beispiel fr ein Messergebnis und dessen Genauigkeit .15 Literaturhinweise 18 Bild 1 Zwei Typen des Resonatoraufba

20、us.5 Bild 2 Korrekturterm /a.8 Bild 3 Korrekturterme A/A und B/B 8 Bild 4 Schematische Darstellung der Messgerte.10 Bild 5 Bei der Messung eingesetzter Hohlraumresonator.11 Bild 6 Fotografie des Hohlraumresonators fr die Messung bei etwa 10 GHz .11 Bild 7 Modendiagramm des Hohlraumresonators.12 Bild

21、 8 Resonanzspitzen des Hohlraumresonators 12 Bild 9 Resonanzfrequenz f0, Einfgungsdmpfung IA0und Halbwertsbandbreite fBW13 Bild 10 Resonanzfrequenz f0des TE011-Modes des Hohlraumresonators mit dielektrischer Platte (D = 35 mm, H = 25 mm) .13 Bild A.1 Gemessene Temperaturabhngigkeit von f1und Quc.15

22、Bild A.2 Resonanzspitzen des Hohlraumresonators mit eingeklemmter Saphirplatte16 Bild A.3 Messergebnisse der Temperaturabhngigkeiten von f0, Qu, und tan fr eine Saphirplatte 17 Tabelle A.1 Messwerte der Hohlraumparameter.15 Tabelle A.2 Messwerte von und tan fr eine Saphirplatte 16 3 DIN EN 62562:201

23、1-10 EN 62562:2011 1 Anwendungsbereich Der Zweck dieser Internationalen Norm ist die Beschreibung eines Messverfahrens der dielektrischen Eigen-schaften in Ebenenrichtung einer dielektrischen Platte bei Mikrowellenfrequenzen. Dieses Verfahren wird als Hohlraumresonanzverfahren bezeichnet. Es wurde f

24、r die Entwicklung neuer Werkstoffe und fr die Kon-struktion von aktiven und passiven Mikrowellenbauteilen erstellt, bei denen die Normung von Messverfahren fr die Werkstoffeigenschaften zunehmend wichtiger wird. Dieses Verfahren besitzt die folgenden Merkmale: Die Permittivittszahl und der Tangens d

25、es Verlustwinkels tan einer dielektrischen Platte knnen genau und zerstrungsfrei gemessen werden; die Temperaturabhngigkeit der komplexen Permittivittszahl kann gemessen werden; die Messgenauigkeit liegt innerhalb von 0,3 % fr und innerhalb von 5 106fr tan , der Randeffekt wird unter Verwendung von

26、Korrekturdiagrammen korrigiert, die auf der Grundlage exakter Untersuchungen berechnet wurden. Das Verfahren ist fr Messungen unter den folgenden Bedingungen anwendbar: Frequenz: 2 GHz 1,2 konvergiert. Die in den Bildern 2 und 3 dargestellten Korrekturterme wurden fr d/D = 1,5 berechnet. Damit gelte

27、n die Korrekturterme fr dielektrische Platten beliebiger Form, solange d/D 1,2 ist. Die Messunsicherheiten von und tan , und tan werden als mittlere quadratische Fehler geschtzt und berechnet mit ()2= (f)2+ (t)2+ (D)2+ (H)2(18)tan )2= (tan Q)2+ (tan )2(19) Dabei sind f, t, Dund Hdie Unsicherheiten v

28、on aufgrund der Standardabweichungen vom f0, t, D bzw. H. Ebenso ist tan hauptschlich auf die Messfehler von Quund rzurckzufhren, und tan Qbzw. tan sind die Unsicherheiten von tan aufgrund von deren Standardabweichungen. 7 DIN EN 62562:2011-10 EN 62562:2011 Bild 2 Korrekturterm /aBild 3 Korrekturter

29、me A/A und B/B 3.2 Temperaturabhngigkeit von und tan Die Temperaturabhngigkeit von und tan kann auch nach diesem Verfahren gemessen werden. Der Temperaturkoeffizient der Permittivittszahl TC wird nach Gleichung (3) berechnet. Speziell, wenn die Temperaturabhngigkeit von linear ist, wird (T) berechne

30、t mit: (T) = (T0) 1 + TC (T T0) (20) Dabei sind T und T0die Temperatur bei der Messung bzw. die Bezugstemperatur. In diesem Fall kann TC nach dem Verfahren der kleinsten Quadrate fr viele Messpunkte in Bezug auf T bestimmt werden. Bei der TC-Messung sollte der lineare Wrmeausdehnungskoeffizient der

31、dielektrischen Platte und der des Leiterhohlraumes cbercksichtigt werden. Bei der Messung der Temperaturabhngigkeit von tan sollte auch der Temperaturkoeffizient des spezifischen elektrischen Widerstandes TC in Betracht gezogen werden. Mit diesen Parametern werden die Werte der Temperaturabhngigkeit

32、 von t(T), D(T), H(T) und (T) berechnet mit: t(T) = t(T0)1 + (T T0) (21)D(T) = D(T0)1 + c(T T0) 22) 8 DIN EN 62562:2011-10 EN 62562:2011 H(T) = H(T0)1 + c(T T0) (23) =)(1)(TT (T0)1 + TC(T T0) (24)3.3 Parameter des Hohlraumes Die Parameter des Hohlraumes wie D, H = 2M, c, rund TC werden aus den Messu

33、ngen mit den TE011- und TE012-Resonanzmoden an einem leeren Hohlraum ohne Prfling im Voraus zu den Messungen der komplexen Permittivitt durchgefhrt. Zuerst werden D und H aus zwei gemessenen Resonanzfrequenzen f1fr den TE011-Mode und f2fr den TE012-Mode bestimmt mit 22210143ffjcD=(25)212232ffcH= (26

34、) welche leicht aus der Resonanzbedingung im Hohlraum abgeleitet werden knnen. Als zweites wird caus der Messung der Temperaturabhngigkeit von f1bestimmt mit Tff =11c1 (27) Als drittes wird raus den gemessenen Werten D, H, f1und Quc, welcher die Leerlaufgte fr den TE011-Mode ist, mit der folgenden G

35、leichung bestimmt: 322012002322012uc1r2224+=HDjcHDjQf (28) Abschlieend wird TC aus der Messung der Temperaturabhngigkeit von r= 0/ bestimmt mit TTC=rr1 (29) 9 DIN EN 62562:2011-10 EN 62562:2011 4 Messgerte und -einrichtungen 4.1 Messgerte Bild 4 zeigt eine schematische Darstellung von zwei Systemen,

36、 die fr die Millimeterwellen-Messung erfor-derlich sind. Bei der Messung der dielektrischen Eigenschaften wird nur die Angabe der Amplitude der bertragenen Leistung bentigt, d. h., dass Informationen ber den Phasenverlauf des bertragenen Signals nicht gebraucht werden. Fr die Messung nach Bild 4a ka

37、nn dann ein Skalar-Netzwerkanalysator verwendet werden. Ein Vektor-Netzwerkanalysator nach Bild 4b hat jedoch Vorteile hinsichtlich der Przision der gemessenen Daten. Bild 4a Skalar-Netzwerkanalysator Bild 4b Vektor-Netzwerkanalysator Bild 4 Schematische Darstellung der Messgerte 4.2 Messeinrichtung

38、 fr die komplexe Permittivitt Der Aufbau des Hohlraumresonators, der fr die Messung der komplexen Permittivitt verwendet wird, ist in Bild 5 dargestellt. Der zylindrische Hohlraum enthlt zwei topffrmige Teile, die aus einem Kupferblock hergestellt wurden. Die geometrischen Daten des Hohlraumresonato

39、rs sind D = 35 mm, H = 25 mm und ein Flanschdurchmesser Df 1,5 mm fr die Messung in der 10-GHz-Umgebung. Der Prfling mit einem Durchmesser wird zwischen den beiden Teilen angeordnet und mit Klammern festgeklemmt, um den Aufbau zusammenzuhalten. Der Hohlraumresonator wird durch zwei halbstarre Koaxia

40、lkabel angeregt, von denen jedes an der Spitze eine kleine Schlaufe hat. Der Transmissionsresonator ist damit aufgebaut und fr die Eingangs- und Ausgangsschleife mit der Einstellung unterkritisch gekoppelt. Bild 6 enthlt eine Fotografie des Aufbaus. Dd 2,12211SS =Die Resonanzfrequenz f0, die Halbwer

41、tsbandbreite fBWund die Einfgungsdmpfung IA0(dB) bei f0werden im Wobbelverfahren mit dem Netzwerkanalysator gemessen. Der Wert von Quwird berechnet mit: BW0L20/(dB)Lu,1010 ffQQQIA=(30)10 DIN EN 62562:2011-10 EN 62562:2011 Bild 5a Resonator mit dem eingeklemmten Prfling Bild 5b Leerer Hohlraumresonat

42、or Bild 5 Bei der Messung eingesetzter Hohlraumresonator Bild 6 Fotografie des Hohlraumresonators fr die Messung bei etwa 10 GHz 5 Durchfhrung der Messung 5.1 Vorbereitung der Messeinrichtung Die Messgerte und -einrichtungen sind in Bild 4 dargestellt. Der Hohlraumresonator und die dielektrischen Pr

43、flinge sind in einem sauberen und trockenen Zustand zu halten, weil hohe Luftfeuchtigkeiten zur Ver-schlechterung der Leerlaufgte fhren. Die relative Luftfeuchte sollte vorzugsweise weniger als 60 % betra-gen. 5.2 Messung des Bezugspegels Als erstes wird der Bezugspegel, der Pegel der ungedmpften be

44、rtragungsleistung, gemessen. Die Referenzleitung wird an das Messgert angeschlossen, und der Pegel der ungedmpften bertragungs-leistung wird ber den gesamten Messfrequenzbereich gemessen. 11 DIN EN 62562:2011-10 EN 62562:2011 5.3 Messung der Hohlraumparameter D, H, , ,cTC Die Grobwerte von f1des TE0

45、11-Resonanzmodes und von f2des TE012-Resonanzmodes knnen anhand des Modendiagramms in Bild 7 geschtzt werden. Die Resonanzspitzen des Hohlraumresonators mit D = 35 mm und H = 25 mm sind in Bild 8 dargestellt. Bild 7 Modendiagramm des Hohlraumresonators Bild 8 Resonanzspitzen des Hohlraumresonators 1

46、2 DIN EN 62562:2011-10 EN 62562:2011 An den Stirnwnden des Hohlraumes sind PTFE-Ringe anzubringen, um die negativen TM11l(l = 1, 2)-Moden von den TE01l-Moden zu trennen, wie in Bild 5 dargestellt. Der leere Hohlraum ist aufzustellen, und die Einfgungsdmpfung IA0ist durch Vernderung des Abstandes zwi

47、schen den beiden halbstarren Kabeln auf etwa 30 dB einstellen, siehe Bild 9. Bild 9 Resonanzfrequenz f0, Einfgungsdmpfung IA0und Halbwertsbandbreite fBWGemessen werden f1und Qucdes TE011-Resonanzmodes und f2des TE012-Resonanzmodes. Mit Gleichung (30) wird Qu1berechnet. Die Gren D, H und rdes Hohlrau

48、mresonators sind aus den Gleichungen (25), (26) und (28) zu berechnen. Da die Werte von reiner Verschlechterung aufgrund der Oxidation der Metalloberflche unterliegen, mssen sie periodisch gemessen werden. Als nchstes sind die Temperaturabhngigkeiten von f1und Quczu messen, wobei der Hohlraumresonator dazu in einem temperaturstabilisierten Wrmeschrank untergebracht wird. Aus den Gleichungen (27)