国家标准 GB/T35679一2017 固体材料微波频段使用波导装置的电磁参数测量方法 Measuringmethodforelectromagneticparametersofsolid materialsatmierwavefrequeneiesusingwaveguide 2017-12-29发布 2018-07-01实施国家质量监督检验检疫总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB/35679一2017 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由电器工业协会提出本标准由全国电磁屏蔽材料标准化技术委员会(SAC/TC323)归口本标准起草单位:航天科工集团二院二三所、上海市计量测试技术研究院、电子科技集团公司第四十一研究所、电子科技集团公司第二十六研究所、上海交通大学本标准主要起草人:吴红森、王淞宇、陆福敏、蔡青、郭荣斌、韩玉峰,黄建领,左建生、桑显、王亚海、来磊、陈超蝉、赵锐沈涛、刘钊、金荣洪、康宁、袁岩兴、付子豪、黄承祖、目旭红、朱建刚、缪轶、黄玉挥、雷李华、杨嵩、耿军平
GB/35679一2017 固体材料微波频段使用波导装置的电磁参数测量方法范围本标准规定了在100MHz40GHz频率范围使用波导装置测量各向同性非旋磁固体材料的复相对介电常数和复相对磁导率方法本标准适用于在100MHz40GHz频率范围使用波导装置对各向同性非旋磁固体材料的复相对介电常数和复相对磁导率测量对于无磁性的固体材料,本标准可单独测量固体材料的复相对介电常数规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T4365电工术语电磁兼容 GB/T9637一2001电工术语磁性材料与元件 GB/T11449.2波导法兰盘第2部分;普通矩形波导法兰盘规范 GB/T11450.2空心金属波导第2部分;普通矩形波导有关规范术语和定义 GB/T4365和GB/T9637一2001界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1 neticeffect 旋磁效应romagne 在静磁场作用下的材料或介质的磁化强度经过扰动后,通过其基本磁偶极子绕该静磁场强度方向的阻尼旋进运动,弛豫返回到平衡状态的效应 [GB/T9637一2001,定义2.5中221-05-01] 3.2 非旋磁固体材料non-gyromagneticsolidmaterials 不具有旋磁效应的固体材料 3.3 复相对介电常数complexrelativepermittiity 复相对介电常数表示为: D e，=e,一je，" e 式中: 复相对介电常数; -实相对介电常数,复相对介电常数的实部;
GB/T35679一2017 介质损耗指数,复相对介电常数虚部的负值; 真空介电常数,等于8.85×10-F/m D 电位移矢量,单位为库仑每平方米(C/m'): 鸟电场强度矢量,单位为伏每米(V/m). 注，固体材料的复相对介电常数由材料的分子极化特性、电荷移动特性等确定本方法中针对的固体材料为各向同性固体材料,因此每一个频率点的复相对介电常数为单一复数在各向异性介质中,复相对介电常数为三维空间张量 3.4 relative 复相对磁导率complex vemagneticpermeability 复相对磁导率表示为: 从 ,一从-w",- 元 A 式中复相对磁导率 -实相对磁导率,复相对磁导率的实部 -磁损耗指数,复相对磁导率虚部的负值; 真空磁导率,等于4开×10-了H/m; 磁感应强度矢量,单位为特斯拉(T); 磁场强度矢量,单位为安培每米(A/m). 注固体材料的复相对磁导率由材料的的磁力矩特性、磁化范围特性等确定本方法中针对的固体材料为各向同性的固体材料,因此每一个频率点的复相对磁导率为单一复数在各向异性介质中,复相对磁导率为三维空间张量一般要求 4.1环境条件环境条件如下温度:(23士5)C; a b) 相对湿度:<65% 供电电源:(220士10)V,(50士1)Hz; c d)其他:周围无影响测量工作的电磁干扰和机械振动 4.2测量设备测量设备如下 a 矢量网络分析仪: 1) 频率范围:100MHz40GHz; 2)动态范围满足测量要求 b 波导测量装置 1)频率范围:l00MHz一40GHz由一系列波导组成,见附录A); 2)波导插人损耗0.1dB: 3)波导电压驻波比:<1.05
GB/35679一2017 波导同轴转换器 1 频率范围:100MHz一40GHz由一系列波导同轴转换器组成,见附录A); 2 波导同轴转换器驻波比:1.25 d 波导校准件 1)频率范围:l00MHz40GHz 2 校准件包括;开路器、短路器,负载、1/4波长偏移片,通过式连接器同轴电缆推荐选用矢量网络分析仪自带校准用特性阻抗50Q的稳幅稳相电缆,或选用特性阻抗 l 50Q稳幅稳相电缆 22 相位稳定性:<士7” f 长度测量器具: 1螺旋测微器最大允许误差:士0.001" mm; 2)游标卡尺最大允许误差;士0,02mm; 3)其他长度测量器具最大允许误差;士0.1mm 5 S参数测量方法 5.1原理测量原理见图1,将一个被测样品放置在波导测量装置内,波导装置两端通过波导同轴转换器连接至经过校准的网络分析仪分别测量s、s、s、S.参数选择合适的数据处理方法(见附录B)代人s参数值计算复相对介电常数和复相对磁导率矢量网络分祈析仪波导同辅波导同轴转换器转换器安装被测样品的标准波导测量原理图被测样品要求根据标准波导尺寸精密加工如果被测样品装人波导测量装置后,被测样品边沿与波导测量装置内壁存在缝隙时,会引人的测量结果偏差,偏差的修正见附录C 本方法一般选用矩形波导及适合于波导尺寸的样品,也可选用圆形波导及适合圆形波导尺寸的样品,如果制作圆形样品有困难,优先选用矩形波导及适合矩形波导尺寸的样品当被测样品为非磁性材料时,可选用单独计算复相对介电常数的方法 5.2样品制备样品制备应满足以下要求样品分为参考样品和被测样品,参考样品为已知电磁参数的样品,被测样品为需要获取电磁参 a
GB/T35679一2017 数的样品,被测样品的局限性参见附录D b 样品应为材质结构均匀的样品样品为长方体类型,样品的宽度和高度与测试用标准波导口径尺寸一致见图2,加工公差要求 c 见表A.3; 波导法兰样品参考面宽度a 宽度a 图2样品制备示意图样品的长度不能过长,应小于标准波导的深度,具体长度范围见表A.3 d 样品长度方向引人的插人损耗不能过大,样品插人损耗分贝值应小于测量系统动态范围分贝 e 值至少20dB. 5.3矢量网络分析仪校准矢量网络分析仪校准步骤如下将网络分析仪按照仪器说明要求预热 a b)按图3所示连接测试同轴电缆和波导同轴转换器矢量网络分析仪端口1 端口2 稳幅稳相电类短路器校准面4 校准面B 开路器负载波导同轴转换器波导同轴转换器图3网络分析仪校准连接示意图设置矢量网络分析仪的起始频率、终止频率、测量频率点数、中频带宽、测量平均次数等，一般要求网络分析仪设置中频带宽不大于30Ha,或测量平均次数不小于200次使用sOLT校准时,在校准面A分别连接短路器,开路器、标准负载,在校准面B分别连接短 d 路器,开路器、标准负载,校准面A和校准面B直接连接,分别完成各项校准,最终完成所有 SoLT校准;
GB/35679一2017 使用TRL校准时,在校准面A连接短路器,在校准面B连接短路器,在校准面A和校准面B之 e 间连接1/4波长偏移片校准面A和校准面B直接连接,分别完成各项校准,最终完成所有TRL 校准 5.4样品安装样品安装步骤如下: 用螺旋测微仪或游标卡尺测量波导内壁高度b,样品高度b和样品长度L; a 按照图4将样品从波导端口装人波导中,装人样品时应小心,避免样品损坏,装人后样品一侧 b 表面应与波导法兰平面齐平; 波导法兰 ==去空气间麻参考面被测样品图4样品安装示意图按照式(3)计算波导内壁和样品之间的空气间隙d l=b一b 式中: -波导和样品之间的空气间隙,单位为米(m); b -波导内壁高度,单位为米m); 被测样品高度,单位为米(m) b 装有被测样品的波导与波导同轴转换器连接,如图5所示 d 矢量网络分析仪稳幅稳相电缆参考面波导同轴转换器样品夹具图5设备连接示意图
GB/T35679一2017 5.5参考样品电磁参数测量参考样品电磁参数测量步骤如下选择一个已知电磁参数的样品作为参考样品,如聚苯乙烯或聚四氟乙烯,按5.2制备参考 a 样品; b 按5.3进行矢量网络分析仪校准; c 按5.4将参考样品装人波导装置中 d 设置矢量网络分析仪的参数同5.3c); 分别测量参考样品的s、S,s S 和s;参数如果参考样品测量时间距失量网络分析仪校准时间的间隔大于1h,应按照5.3对矢量网络分析仪重新进行校准,校准完成后对参考样品的 Si、,S,S和S;参数进行测量; 根据测量的S、,S,S和S;参数按照附录B计算参考样品的复相对介电常数、复相对磁导率由f)得到的参考样品复相对介电常数、复相对磁导率和参考样品已知的复相对介电常数、复相对磁导率比较,如果数值差异较大(如超过20%),可能测量系统或测量过程存在问题应检查以下方面:波导装置的连接是否正确、连接用同轴电缆是否存在问题、S参数测量方法是否有问题、电磁参数计算方法是否存在问题等 5.6被测样品电磁参数测量被测样品电磁参数测量步骤如下按5.2制备被测样品; aa b 按5.3进行矢量网络分析仪校准; c 按5.4将被测样品放人测量装置中; 设置矢量网络分析仪的参数同5.3o). d 测量被测样品的S,S、s和s参数如果被测样品测量时间距矢量网络分析仪校准时间的间隔大于1h,应按照b)对矢量网络分析仪重新进行校准,校准完成后测量被测样品的s、 Sa,S和;参数根据测量的s,Sa,S和S;参数按照附录B计算被测样品的复相对介电常数和复相对磁导率(复相对介电常数和复相对磁导率不确定度来源参见附录E) 电磁参数的计算 6.1传输反射计算法根据矢量网络分析仪测量得到的S、S1,直接计算被测样品复相对介电常数和复相对磁导率,计算步骤见的B.1 注:传输反射计算方法为NicholsonandRossandWeir计算方法,简称NRW计算方法 6.2简化传输反射计算法当已知被测样品为非磁性材料,此时:从,=1,可采用简化传输反射计算法计算被测样品复相对介电常数,计算步骤见B.2 6.3迭代四参数计算法迭代四参数计算方法是在选定频率点上设定被测样品的复介相对电常数和复相对磁导率初始值，
GB/35679一2017 根据被测样品S参数测量值,通过迭代的算法得到被测样品的复相对介电常数和复相对磁导率最终值计算步骤见B.3. 6.4迭代单参数计算法当认为被测样品是非磁性样品且较易估计复相对介电常数时,可采用迭代单参数法计算复相对介电常数迭代单参数计算方法是在选定频率点上设定被测样品的复相对介电常数初始值,根据被测样品S参数测量值,通过迭代的算法得到被测样品的复相对介电常数最终值计算步骤见B.4 6.5电磁参数计算方法比较电磁参数四种计算方法见表1 表1电磁参数四种计算方法比较计算方法 s参数计算参数特点要求被测样品在波导中准确定位放置,不需要被测样品传输反射计算法 S,Sn 、/ 电磁参数预估值适用于非磁性材料,要求被测样品在波导中准确定位放简化传输反射计算法 S,S 置,不需要被测样品电磁参数预估值需要先设定比较准确的被测样品电磁参数值,不要求被迭代四参数计算法 S1,S1,S、S 测样品在波导中准确定位放置适用于非磁性材料,需要先设定比较准确的被测样品电迭代单参数计算法磁参数值,不要求被测样品在被导中准确定位放置
GB/T35679一2017 附录 A 规范性附录) 波导、波导同轴转换器和样品尺寸概述 A.1 被测样品与波导尺寸相关，l00MHz320MHz频率范围波导和波导同轴转换器的尺寸通过计算得到,320MHz40GH么频率范围波导和波导同轴转换器的尺寸按照GB/T11449.2,GB/T11450.2 样品长度范围,宽度和高度与频率相关 A.2100MHz~320Ma频率范围波导和波导同轴转换器尺寸在该频率范围,根据起始频率,通过式(A.1)得到波导内壁的宽度、高度和终止频率 a= =187.375/fm =a/2 (A.1 =284.81/a fhixh= 式中 -波导内壁宽度,单位为毫米(mm): -波导内壁高度,单位为毫米(mm); 波导起始频率,单位为吉赫兹(GHz) flow -波导终止频率,单位为吉赫兹(GHz). fiue 按式(A.1)得到的波导和波导同轴转换器频段及尺寸见表A.1 表A.1100MIlz320Mz频率范围波导及波导同轴转换器频段及尺寸基本尺寸工作频段号 mm 序 GH2 0.100.15 l873,75 936.875 0.150,23 1249,2 624.6 0.220.33 851." 425.85 A.3320MHz40GHz频率范围波导和波导同轴转换器尺寸在该频率范围,波导和波导同轴转换器频段及尺寸见表A.2
GB/35679一2017 表A.2320MHz40GHHz频率范围波导和波导同轴转换器频段及尺寸基本尺寸工作频段序号型号 mm GHz B3 0.320.49 584.2 292.10 B4 0.35~0.53 533.4 266.70 0.,410.62 457.2 228.6o B5 B6 0.49~0.75 381.0 190.50 B8 0.640.,98 292.10 146.05 U9 247.65 0.76一1.15 123.82 0.,961.46 195.58 97.79 B12 B14 1.131.73 165.10 82.55 B18 1.45一2.20 129,54 64.77 B22 1.72~2.61 109.22 54.61 10 2.173.30 BJ26 86.36 43,18 1l 12 2.60~3.95 BJ32 72.l4 34.04 B40 8.17 13 3,22一4.90 29,08 14 3.945.99 47.549 B48 22.149 15 4.647.05 40.386 B58 20.193 16 BJ70 5,38~8,17 34.849 15.799 17 6.579.99 12.624 B84 28.499 18 B100 8,2012.50 22.860 10.160 19 B120 9,.8415,00 19.050 9,525 20 B140 ll.90~18.00 15.799 7.899 21 180 14.5022.00 12.954 6.477 22 B]220 17.6026.70 10.668 4.318 25 B260 21.7033.00 8.636 4.318 24 B320 26.3040.00 7.112 3.556 A.4样品长度范围、样品宽度与高度的加工公差范围样品长度范围、样品宽度与高度的加工公差范围见表A.3
GB/T35679一2017 表A.3样品长度范围、样品宽度与高度加工公差范围样品长度范围样品宽度和高度加工公差范围频率 GHz mm mnmm 0.l0.3 50.0~250.0 2.0-l.0 30.090.0 0.3一0.8 一1.0-0.3 0.8一l.0 20.070.0 1.02.0 0,035.0 -0.3一0.15 2.06.0 8.012.0 -0.3一0.15 6.012.0 2.0~6.0 -0.15~-0.05 12.018.0 2.04.0 -0.15~-0.05 18.0~26.5 1,52.8 -0.15-0.05 26.540.0 1.51.8 一0.15一0.05 0
GB/35679一2017 附录 B 规范性附录) 电磁参数的计算步骤 B.1传输反射计算法计算步骤 B.1.1 概述根据被测样品s参数测量得到的sn,sa,计算复相对介电常数和相对复磁导率的步骤如下;先计算出中间变量x,,再计算出中间变量T,A,最终计算出er、,从,， B.1.2复相对介电常数和复相对磁导率的计算步骤计算步骤如下: 按照式(B.1)和式(B.2)修正Sa1 a s'=s×ent B.1 ，中，， .(B.2 Y=V一式中 S -因被测样品长度而修正后的传输系数 -网络分析仪直接测量的被测样品传输系数 S！ -开/a,a矩形波导横截面内壁的宽,单位为米(m); -2T/A，入n;测量频率对应的波长,单位为米(m) k 被测样品的长度,单位为米(m) b)按照式(B.3)和式(B.4)计算中间变量x, S B.3) X 2Sm .(B.4 =X士/X=一式中: T x， -中间变量; -网络分析仪直接测量的被测样品反射系数 Sn 式(B.4)中存在“士”符号,可得到2个计算结果,这里只选取|r|<1的计算结果按照式(B.5)和式(B6)计算中间变量T,A: c S1十s一 T B.5 (S1十S2！ 2TL B.6 A一 A ln(T 式中: T,A -中间变量当被测样品为低损耗材料,并且被测样品长度是测量频率对应半波长的整数倍时,本算法可能因相位参数值不稳定造成计算结果不稳定此时可尝试下列方法;将ln(T')代替In(T),可能会得到A的稳定结果,按照式(B.7)计算In(T') B.7 ln(T')=ln(T十j2Tnm 1
GB/T35679一2017 式中 n =0,士1,士2, 通常在多数情况下,n=0为合适的值 d)按照式(B.8)和式(B.9)计算er、从, 2r -节 (B.8 AA一示 -(一州村 B.9 按照式(B.10)式B.13)计算实相对介电常数e',介质损耗指数e",实相对磁导率从,和磁损耗指数" -叫(停十A) (B,10 (十) B.11 -T -? 一去) B.12 2T 一告 (B.13 、式中 ?( (-e) (+)的发都 /4T 十)的虚部 ((层-) 元 4, 2r " 的实部晨亭 A;一及 2T 2x 1十禁的虚部 A、/;一一 N B.2 简化传输反射计算步骤当已知被测样品为非磁性材料,此时:从,=l,按照式(B.14)计算er,: B.14 ，-(半这里不必考虑样品长度为测量频率对应半波长整数倍时测量结果不稳定情况按照式(B.15)和式(B.16)计算实相对介电常数e,和介质损耗指数e" (B.15 -我信(一) (B,16 f--(十) 式中灵货+)(十剧)的实部叫(-)一(医+利)的里际 12
GB/35679一2017 B.3迭代四参数计算步骤 B.3.1 概述迭代四参数计算步骤是先在选定频率点上设定被测样品的复相对介电常数和复相对磁导率初始值,再根据被测样品S参数测量值,通过逐步迭代的算法得到被测样品的复相对介电常数和复相对磁导率最终值 B.3.2迭代四参数计算步骤计算步骤如下: 复相对介电常数和复相对磁导率的初始值选取由于涉及运算方程有多个解,需要考虑运算方程根值的合理性,得到一个合适的运算方程根值基本的考虑如下:当运算方程解导致根值趋于不稳定结果,应不选取此方程解;当选用的根值在进行重复迭代运算时导致运算结果上下剧烈波动或突然变为另一根值的运算结果,可以认为选用的根值错误,应重新选取初始值进行迭代计算; b 按照式(B.1)和式(B.17)修正S、S -oL S'=S2×e B.17) ( 式中 s 因被测样品长度而修正后的传输系数; 网络分析仪直接测量的被测样品传输系数 S12 中间变量F,G的计算 B.18 F=en,sS拉-sS S十ST B.19 式中 B.20 Y=V/:一丽 d微分矩阵的计算: 式(B.18),式(B.19)分别对复相对介电常数和复相对磁导率(e',"、'、")求微分,得到: F R( R(F)R(FR(F e e' a4 a" Ae， R(F F)T(FT(FaT(F) 7" " " 7e a" TF B.21 AR(G 7R(G) R(G R(G 7R(T A，记 7e au" " lA" T(G 灯G aTG aTG G 7e 7" a a4" 式中: F R(F)、T(F 函数的实部、虚部 R(G、TG G函数的实部、虚部; -'",,"变量的增量; Ae',Ae",A,A," R(F),ATF).AR(G),AT(G -R(F)、T(F),R(G、T(G)变量的增量式(B.21)中的4×4矩阵就是雅可比Jacobian)四个系统方程式,矩阵可如下表示 13
GB/T35679一2017 B.22 JAX=Y 式中 [R(FR(FR(FR(F e e" " TFTFTFE E E" " a R(G)R(G)R(G)R(T " " 7e， a" T(G)T(G 7(G aG " 7 76 a Ae， Ae" X A A/ [AR(F 立T(F R(G) 4T(G e 迭代运算由式(B.22)得到 B.23 AX=-'Y 解式(B.23)矩阵方程步骤如下,将X矢量初始估计值作为起点,、Y由X矢量的值和网络分析仪测量值得到,使用式(B.24)得到新的X矢量,可如下表示 x山一Jy Xnew一=X" (B.24 "作为x叫代人式(B24),得到下一个x wXol,当得到的相对将Xr" 重复上述过程,直到x 复介电常数和相对复磁导率与上次计算结果相差小于1%时作为最终结果如果计算结果不收敛,重新选取初始值进行迭代计算计算流程 f) 具体计算流程如下初次迭代在初次迭代中,有式(B.25)一式(B.28). R(F)=R(F'一F,) B.25 心T(F)=T(F'一F B.26 B.27 丛R(G)=R(G'-G. G B.28 心T(G)=T(G 根据式(B.18),式(B.19),设 -2l B.29 'ss放 s'S S B.30 F' B.31) 2T2 T(1一 G" B.32) 2T2 式(B.25)式(B.28)中 14
GB/35679一2017 R(F'-F )、T(F'一F 一F'一F 的实部,虚部; R(G'-G.)、T(G'-G -G'-G的实部,虚部; -由网络分析仪s参数测量值计算得到 F0、G F',G -由e',e"、4'、,"初始值计算得到 Y灰量包括F'.c'.F..G.,其中r.C,由式(B2),.式(B.30)计算得到F'.cC'由s,",."初始值(e')o、(e")、(4、(")及式(B.6)、式(B.8、式(B.9)得到」矢量中各个导数根据式(B.18)、式 B.19)由F,G求偏导并代人(e,),,(e"),(,),(",)，得到 (e'),(e")、(,),(",)，构成X,由式 (B.24)得到由(e,1.(e")1、(丝,、(")构成的X" 2)第1次迭代在第1次迭代中,Y矢量中F,G 由1)中(e,).,(e"),(4,).、(A,") 及式(B.6),式(B.8),式(B.9)得到,Y矢量中F',G'由1)中(e,),(e"),(4,,("及式(B.6)、式(B.8),式(B.9)得到 J矢量中各个导数由F.G求偏导并代人(e).(e)(4).()，得到 (eh).(e").().(")构成x,由式 B.24)得到(e,)e,(e").,(,)..(")构成的X" 3)第n次迭代重复步骤1),在第n次迭代中,Y矢量中F,G 由1)中(e')-,(e"),1、(4,),1、(",),及式 (B.6)、式(B.8)、式(B.9)得到,.Y矢量中F'.,G'由1)中(e,).,(e").、(A,).、(") 及式(B.6),式(B.8)、式 B.9)得到矢量中各个导数由F,G求偏导并代人(e,.、(e" 4,..(") 得到 (e,).,(e").、，构成的Xne" 4,),、(")，构成X,由式(B.24)得到(e,),+1、(e")1、(4, 4迭代终止条件 (e").、(u, 每次迭代运算后,均计算(et1-(e').,(e". 4,.、(")t ").,直到满 n+ n+！足下式: Max (e)+十 (e)+1 B.33) 式(B.33)中,a为0.01或其他值最终结果 5 此时得到的(e,)1.(e,"),1,(,),(A"),作为复相对介常数或复相对磁导率的最终结果 B.4迭代单参数计算法 B.4.1概述迭代单参数计算方法步骤是在选定频率点上设定被测样品的复相对介电常数初始值,再根据被测样品S参数测量值,通过逐步迭代的算法得到被测样品的复相对介电常数最终值 B.4.2迭代单参数计算步骤计算步骤如下复相对介电常数初始值选取由于涉及运算方程有多个解,因此为得到一个合适的运算方程根值,需要考虑运算方程根值的合理基本的考虑如下当运算方程解导致根值趋于不稳定结果,应不选取此方程解;当选用的根值在进性行重复达代运算时导致运算结果上下剧烈波动或突然变为另一根值的运算结果,可以认为选用的根值错误,应重新选取初始值进行迭代计算 b)按照式(B.1)修正S1 15
GB/T35679一2017 S计算公式 c 当确认被测样品是非磁性样品且较易估计介电常数时,介电常数可通过式(B.34)计算， T(1一r' (B,34 S21一一2T 式中 B.35 o十Y -L B.36 Y =、/ 一 B.37 Y=一e, B.38 d)定义微分矩阵式(B.34)对介电常数求微分,得到 fR(S" R(S 2 e" [Ae [AR(Sa ae B.39 T(sTS" [", 心T(S) Sy ae ae" 式中 R(s)、T(S s函数的实部,虚部 Ae、A" e'、,"变量的增量式(B.39)中的2×2矩阵就是雅可比Jacobian)二个系统方程式,矩阵可如下表示 'Ax'=Y” B.40 式中 R(Sa1 7R(Sa1 7e 7e" T(S aS e" oe AX [AR(s', Y [4T(S 迭代运算 e 由式(B.40)得到 (B.41 X'=(J'-Y 解式(B.41)矩阵方程步骤如下,将X'矢量初始估计值作为起点,J'、Y'由X'矢量的值和网络分析仪测量值得到,使用式(B.42)得到新的X'矢量,表示如下 x'=x'd-(')-y B.42 将X""作为X"代人式(B.42),得到下一个X'm 重复上述过程,直到X'a“~X',当得到的介电常数和磁导率与上次计算结果相差小于1%时作为最终结果如果计算结果不收敛,重新选择初始值进行迭代计算 fD 计算流程具体计算流程如下: 1)初次迭代在初次迭代中,有下式 16
GB/35679一2017 (B.43 AR(sn=R(s"-S 凶T(S'=T(S'a-S" (B,44) 式中: R(s"-S、T(S"-S" S"-S的实部、虚部; S" 由e',、e"初始值计算得到由网络分析仪s参数测量值得到. S Y'矢量包括S"S",S由网络分析仪测量得到,s"由e',"初始值(e')、(e")，及式(B.34)式 (B.38)得到 J'矢量中各个导数由S'求偏导并代人(e)..(") 得到 (e).(e") 构成X'ad,由式 B,42)得到由(e,.(e")构成的X'e 第1次迭代在第1次迭代中,'矢量中sS由(e').,(e")及(B.34)式(B.38)得到,S"由(e,(e" 及 B.34)式(B.38)得到 J'矢量中各个导数由s求偏导并代人(e,,(e")得到由式(B.39),(e'、 e")构成X'ai,由式(B.42)得到由(e,2.(e") 构成的X'ww 第次迭代 3 重复步骤1),在第n次迭代中,Y'矢量中S由e,).-1.(e").及式(B.34)式(B.38)得到,S"由 e,).、(e") 及式(B.34)式(B.38)得到 J'矢量中各个导数由S'求偏导并代人(e,)..(e") 得到由式(B.39),(e'),,(e")，构成X'au,由式(B,42)得到由(e,),1.(e"),构成的X'm" 迭代终止条件每次迭代运算后,均计算(e,).1-(e,).,(e").1-(e").,直到满足下式: e,).1 e (e)， Max (B,45 (e)+ (e") 式(B.45)中,a为0.01或其他值 17
GB/T35679一2017 录附 C 规范性附录) 基于串联电容模型的频率不相关的空气间隙修正方法当被测样品与放置在波导传输线中时,样品表面与波导表面存在空气间隙时可建立一个电容串联电路模型,利用这一模型可对介电常数和磁导率进行修正应用此项修正的前提是样品表面与波导表面存在空气间隙很小,并且样品介电常数量值处在小量值至中等量值之间样品的实相对介电常数按式(C.1)修正，十tano)[b(b一d)e'(1十tano da (C,1 e=e" -E+tan+tan [6b 式中 e" 修正后的值，被测样品的高度,单位为米(m); 波导装置内壁的高度,单位为米(m); 被测样品的介电常数损耗角正切,tano=e"/e' tano 被测样品的介质损耗指数按式(C.2)修正 btand (C,2 “,=;w )E,+tan 被测样品的实相对磁导率按式(C.3)修正: C.3 "="" " 被测样品的磁损耗指数按式(C.4)修正: C.4 成-"学 18
GB/35679一2017 附录 D 资料性附录样品局限性 D.1样品几何尺寸因波导传输线和被测样品的几何尺寸不能过小,因此本方法测量介电常数和磁导率的频率上限受到限制 D.2样品损耗如果被测样品损耗很大,因S参数测量时产生的电磁衰减量过大可能导致无法得到介电常数和磁导率本方法未规定被测样品损耗最大值,实际上本方法适合测量较低至中等量值样品的复相对电常数和复相对磁导率 19
GB/T35679一2017 录附资料性附录) 电磁参数测量的不确定度来源电磁参数测量的不确定度来源包括幅度和相位参数的测量引人的不确定度; 样品与波导装置间的空气间隙测量引人的不确定度; 样品夹具尺寸变化引人的不确定度; -样品厚度引人的不确定度电缆损耗引人的不确定度; -端口匹配引人的不确定度参考平面位置引人的不确定度 20
GB/35679一2017 参考文献 [1]ASTMD5568一14Standardtestmethodformeasuringrelativecomplexpermittivity and relativemagnetiepermeabilityofsolidmaterialsatmierowave efrequeneies waveguide using”

固体材料微波频段使用波导装置的电磁参数测量方法GB/T35679-2017

微波技术在现代通信、雷达和卫星通讯等领域有着广泛应用。而在微波领域中，对固体材料的电磁参数进行准确测量是非常重要的一项工作。本文将介绍固体材料在微波频段下使用波导装置进行电磁参数测量的方法，主要参考国家标准GB/T35679-2017。

一、什么是固体材料的电磁参数

固体材料的电磁参数是指该材料在电磁场中所表现出的特性。其中包括介电常数、磁导率、电导率等参数。这些参数决定了材料在电磁场中的响应，是评价固体材料微波性能的关键因素。

二、固体材料微波频段下的电磁参数测量方法

在微波频段下，使用波导装置进行固体材料的电磁参数测量是比较常见的一种方法。波导是一种空心的金属管道，可以传输微波信号。通常在波导中央放置待测试的样品，通过测量波在波导中的传输特性得到样品的电磁参数。

具体的测量方法如下：

首先需要选择合适的波导型号，并设计好相应的测试装置。对于不同形状和大小的样品需要相应的设计不同的装置。
将待测试的样品放置在波导中央，保证其与波导内壁保持一定的距离。
向波导中输入一定频率和功率的微波信号，测量波在波导中的传输特性。根据传输特性计算出样品的电磁参数。
在测量过程中需要注意不同频率下的波长变化，以确保测量结果的准确性。

三、总结

固体材料在微波频段下的电磁参数测量对于评价其微波性能具有重要意义。在实际应用中，使用波导装置进行测量是一种比较可靠的方法。但需要注意不同频率下波长变化对测量结果的影响。