Сертификация: тел. +7 (495) 175-92-77
Стр. 1
 

25 страниц

456.00 ₽

Купить официальный бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Официально распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль".

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

Устанавливает методики определения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь, а также таких имеющих к ним отношение показателей, как коэффициент диэлектрических потерь твердых и жидких или плавких электроизоляционных материалов в микроволновом диапазоне частот, при помощи резонансных методов

Введен впервые

Ограничение срока действия снято: Протокол № 4-93 МГС от 21.10.93 (ИУС № 4-94)

Оглавление

1 Область распространения

2 Введение

3 Испытательная аппаратура

4 Испытываемые образцы

5 Методика измерения

6 Оценка результатов

7 Протокол испытания

Приложение А Резонаторы

Показать даты введения Admin

Страница 1

УДК 621.315.61.019.3:00«.3S4    Группа E39

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ стандарт СОЮЗА ССР

МАТЕРИАЛЫ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННЫЕ

Методы определения диэлектрических свойств на частотах свыше 300 МГц.

Резонансные методы

Electrical insulating materials. Methods lor determination of the dielectric properties at freauencics above 300 MHz. Resonance methods

ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377-2-77)


ОКСТУ 3490

Срок действия с 01.01.90 до 01.01.95

Несоблюдение стандарта преследуется по закону

1. ОБЛАСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ

Настоящий стандарт уста if а вливает методики определения относительной диэлектрической проницаемости н тангенса угла диэлектрических потерь, а также таких имеющих к ним отношение показателей, как коэффициент диэлектрических потерь твердых и жидких или плавких электроизоляционных материалов в микроволновом диапазоне частот, при помощи резонансных методов. Описанные ниже методы относятся прежде всего к образцам с низкими потерями.

2. ВВЕДЕНИЕ

Измерительные методы, которые будут описаны в стандарте, подразумевают использование резонансной аппаратуры. Такая аппаратура состоит, в основном, нз отрезка передающей линия с определенной площадью поперечного сечения, короткозамкнутой с двух сторон на длине, краткой половине длины рабочей^ волны. Когда образец помещают в резонатор, то длина рабочей волны изменяется. Сдвиг частоты или изменение длины, соответственно требующиеся для установки резонанса, а также связанное с этим изменение коэффициента являются критериями диэлектрических свойств испытываемого образца.

Особым преимуществом резонансных методов по сравнению с другими испытательными методами является использование чрезвычайно высоких показателей коэффициента Q без нагрузки, которые можно получить за счет использования соответствующей

Перепечатка воспрещена

Иэлаиие официальное

16

Страница 2

ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377-2-77) С. 2

формы волны и соответствующей конструкции, что позволяет измерять очень низкие значения тангенса угла диэлектрических потерь. Таким образом, чтобы использовать преимущества этого метода, резонатор конструируют применительно к конкретным условиям и цели измерения (частота, форма и диэлектрические свойства образца). Во избежание получения сомнительных результатов необходимо тщательное изучение конфигурации полученного поля. Следовательно, резонансная аппаратура будет узкополосным прибором с результирующей испытательной частотой, зависящей от размеров, формы, диэлектрических свойств и расположения испытываемого образца внутри резонатора.

Общераспространенными являются следующие типы резонатором:

Тип рмонакфй

Д шпион частот!»-

Форма

0<5[>»1ИЛ

Прам<-миая

ПрИДОМ<-№|«

Проходной

100 МГц-! ГГц

Диск

«,<10

A.I

Коаксиальный

1 ГГц-3 ГГц

Трубка

А.2

Объемный

I ГГц-30 ГГц

Диск.

А.З

(закрытый)

сгержень

«Открытый>

>3 ГГц

Диск

с, >5

А.4

Оптический

>30 ГГц

Пластина.

А.5

лист

Примечание. Предельные значения частоты и диэлектрической проницаемости являются лишь приблизительными и могут быть превышены, «ли может быть допущено снижение чувствительности по тангенсу угла диэлектрической проницаемости (см. ГОСТ 27496.1-87 разд. 4).

Типы резонаторов, принцип работы, а также оценка результатов измерения описываются в Приложении А.

3. ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА (см. черт. 1)

3.1. Генератор, обеспечивающий заданную частоту при достаточном уровне мощности. Частота должна настраиваться или вручную, или автоматически (источник с касающейся частотой) в требуемом частотном диапазоне.

Примечание. Генераторы с качающейся частотой, которые ислоль-вуются с индикаторными устройствами (см. п. 3.2.2). очень удобны для быстрых .измерений. Необходимо соблюдать осторожность. чтобы на форму резонансной кривой ие повлияли чрезмерно высокие скорости качаивя.

17

Страница 3

С. 3 ГОСТ 27498.2 -87 (МЭК 377-2-Л)

Установка для резонансных испытаний принципиальная схема

5    6    5


J—юпроаоаиовыЯ пчюатор; ? —гиздитор: 3 -шпт'ЬвлснныЯ отмт-вапель: 1 — *т»«*к>*тор. S — иастршмкчми» про-Яо*:    t    —    полость

pooiMTopa; 7 —лег*ктар (осцгллоскосО: 8 — ч.ктотомер. .« — модулятор частоты: М—«иноднов сглОилмнрукицнЙ хоягур


7


Черт. I

Выходная мощность должна бить переменной. Желательно иметь средства автоматического контроля уровня.

Примечания:

1.    Настраиваемые вручную генераторы для испытаний с фиксированной частотой должны обладать достаточной стабильностью работы. Стабильность частоты в пределах одной миллионной части или меньше обычно бывает достаточной.

2.    Во избежание затягивания частоты рекомендуется иключать изолятор или фиксированный впенютор между генератором и схемой.

Во избежание ложных резонансов содержание гармоник должно быть менее 1%.

3.2. Детектор достаточной чувствительности при испытательной частоте. С генераторами с ручной или автоматической настройкой используются различные типы детекторов.

3.2.1. Детекторы для измерений с фиксированной частотой должны обладать достаточной стабильностью работы. Можно использовать: детекторные вольтметры с усилением или без него, либо приемные устройства, настроенные на микроволновую частоту или низкочастотную модуляцию выхода генератора с автоматическим контролем частоты или без него.

Примечания:

I. Вообще удобны широкополосные детекторы, так как их пе надо изстраи-нать на генератор, а у резонансного устройства достаточно высокая избирательная способность по отношению х внешним микроволновым помехам. Однако следует иметь в виду, что уровень на входе детектора довольно низ-

18

Страница 4

ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377-2-77) С. 4

кий, а экранирование эффективное на микроволновых частотах может окапаться недостаточны я на низких частотах; по пому там, где имеются помехи. настроенное приемное устройство может оказаться незаменимым.

В любом случае необходимо соблюдать осторожность и исключить соединенно с землей. которое может возникнуть во время подсоединения электронного оборудования и экранов соединительных волноводов.

2. Предпочтение отдается приемному устройству, показывающему кратное от двух сигналов: одного — идущего от резонатора и другого — полученного от генератора, тах как при этом исключаются ошибки, обусловленные изменениями мощности на выходе генератора.

3.2.2. Индикаторные устройства используются при измерениях с качающейся частотой. Так как при этом показывается лишь детектированный выходной сигнал резонатора, то можно использовать любой осциллограф общего назначения, обладающий достаточной чувствительностью.

Примечание. Предпочтение отдают лвухлучевоку осциллографу (чередующийся способ работы), так как при этом исключаются ошибки, обусловленные колебаниями на выходе генератора.

3.3.    Частотомер с достаточно избирательной способностью в диапазоне рабочих частот.

3.4.    Эталон затухания 3 дБ или переменный стандартный аттенюатор.

3.5.    Резонатор, работающий при требуемой частоте.

Примечание. Промышленность может не выпускать резонансный

прибор, при помощи которою можно было бы получать оптимальные результаты при произвольно выбранной программе испытаний. Поэтому представляется полезным дать некоторые обшие указания по конструкции таких резонаторов (Приложение А):

а)    дли облегчения машинной обработки с требующейся точностью пред-почтение оказывается резонаторам с круглым сечением;

б)    при испытании материалов исключительно используемой волны осевой симметрия Следовательно, при использовании волн типа Н (ТЕМ и ТЕ) ив) резонаторы с соотношением длины к диаметру, близким к единице, являются оптимальными, а для волны типа Е (ТМоат) — это соотношение вообще близко к нулю;

о) внутренняя поверхность резонатора должна быть ровной, по меньшей мере, до •/« глубины проникновения электромагнитного поля при рабочей частоте. Поэтому обычно необходима полировка;

г) поскольку обычно используется бронза, то работа резона торов улучшится, если на внутренних поверхностях сделать электролитическое- покрытие из серебра или золота (для использования при высоких температурах) толщиной примерно до четырехкратной глубины проникновения электромагнитного поля. При повышенных частотах для резонатора может использоваться серебро;

л) скользящие контакты снижают качество резонатора и особенно при высоких частотах отрицательно влияют на воспроизводимость и точность настройки. Поэтому по мере возможности их следует избегать.

СъемнЫс детали, в частности крышки отверстий, через которые вводят испытываемые образцы, должны быть сконструированы таким образом, чтобы через их контактирующие поверхности не проходили токи

е) соединительные элементы должны быть сконструированы таким образом, чтобы возбуждать лишь требующийся тип колебаний. Изменение прочности соединения не должно влиять на измеренную без нагрузки характеристику <?„ (см. 52). Во время резонанса вносимые потери резонатора порядка 40 дБ могут считаться отвечающими требованиям.

19

Страница 5

С. 5 ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377-2-77)

4. ИСПЫТЫВАЕМЫЕ ОБРАЗЦЫ

4.1.    Форма испытываемого образца должна соответствовать условиям, которые определяет резонатор и тип использующихся колебаний. Вообще используются диски и стержни с круглым сечением. Отдельные требования к различным типам резонаторов приведены в Приложении А.

Примечания:

I. Необходимо, чтобы образец плотно входил э резонатор по поверхностям, перпендикулярным линиям электрического поля, если во время проведения расчетов можно принять во внимание возникающий сдвиговый эффект. Это имеет особое значение в коаксиальных (ТЕМ) резонаторах и в резонаторах ТМ.

2 Погрешности в диэлектрической проницаемости, обусловленные остаточным зазором между конечной поверхностью резонатора и примыхающей поверхностью образца, становятся ничтожно малыми, если используются образцы, толщина которых равна половине волны.

3. В полостных резонаторах можно применять образцы и форме стержня с низкой диэлектрической проницаемостью и малыми диаметром d, (по сравнению с диаметром полости d}.

4.2.    Образцы для испытаний должны быть подготовлены в соответствии с требованиями определенного метода (см. Приложение А), а также ГОСТ 27496.1-87.

Б. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ

Методика измерения заключается в следующем:

5.1.    Образец вставляют в резонатор и устанавливают резонанс. Затем записывают настроенный параметр (частота fL или длина lL. соответственно).

5.2.    Полуширина резонансной кривой ftfL резонатора под нагрузкой измеряется путем перенастройки резонатора или изменения частоты. Коэффициент QL резонатора под нагрузкой вычисляют по формуле

«Л

5.3.    Затем образец извлекают из резонатора и вновь устанавливают резонанс в соответствии с п. 5.1 (это дает соответственно fn или /и).

5.4.    Коэффициент Q резонатора без нагрузки определяется в соответствии с п. 5.2.

/) _ /и __/    II

Ь/и

Примечания:

1. Соединение с резонатором и отделение от него не должны влиять на измеренную полуширину резонансной кривой для любой настройки.

20

Страница 6

ГОСТ 274965-87 (МЭК 377-2-77) а в

2.    Точность при определении резонансных значений I и / возрастает путем усреднения точек соответственно lt н 1г или f, и />:

j /=/,—/2 с /=постоянной;

/=    /,—/2 с /= постоянной.

3.    Когда два определенных значения Q отличаются лишь незначительно, что имеет место н случае образцов с низкими потерями, то точность можно по-пысить, а методику упростить за счет использования результата вычисления, основанного на отношениях квадратов. Если известно одно значение Q, например, <?,, тогда

где в, н 02 — отклонения вольтметра, соответствующие значениям Q( и Q*.

Далее, если резонирующие напряжения и 6’, у детектора поддерживать постоянным при помощи калиброванного переменного аттенюатора, го

л_

10”,

где /4-20 (log (/*—log tA) —требующееся увеличение затухания в дБ.

\ттснюатор должен обеспечивать значение А с точностью не менее 0,1 дБ.

5.5. Допустимые отклонения температуры при измерениях не должны превышать ±2°С, если нельзя с достаточной точностью скорректировать влияние температуры.

в. ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ

Результаты измерения оцениваются в соответствии с указанными данными для определенной испытательной аппаратуры в Приложении А.

7. ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЯ

Протокол испытания составляется в соответствии с ГОСТ 27496 I —87 разд. 0.

21

Страница 7

С 7 ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377-2-77)

ПРИЛОЖЕНИЕ Л

РЕЗОНАТОРЫ

AI. Проходной резонатор

A.I.I. Проходные резонаторы применяются и частотном диапазоне or 1C ) до КЮО МГи. Они пригодны для образцов в форме диска, имеющих низку» диэлектрическую проницаемость (е<>£10).

А. 1.2. Принцип работы

Проходные резонаторы состоят из коаксиальной линии определенной длины, короткозамкнутой с двух сторон, и нагруженной при помощи сосредоточенного переменного емкостного сопротивления у нижнего конца центрального проводника (см. черт. 2).

Примечание. Этот конденсатор функционально эквивалентен микрометрическому конденсатору, описанному н Публикации МЭК 250 п 5. который в сочетании с отрезком линии передачи, к которой он подсоединен, образу*. г резонансную схему.

Частота резонанса определяется длиной н волновым сопротивлением линии, а также эффективной емкостью микрометрического конденсатора.

А.1.3. Конструкции

Оптимальные условия работы получаются при соотношении внешнего н внутреннего диаметров ~ т~ примерно равном 3,5 (Z0=<75 Ом).

Во избежание возбуждения волноводов средняя окружность к    ')

должна быть меньше, чем самая короткая рабочая длина волны

).„>*    (О

Для данной Обшей длины (/,+/,+А) резонирующую частоту о»г пустого резонатора можно примерно рассчитать из

* =60,"-5г('г^+'8^т’)•    <2)

rf-'i

Подлинное емкостное сопротивление микрометрического конденсатора должно определиться путем калибрования при помоши обрззцов с известней диэлектрической проницаемостью (например, плавленый кварц, чистый корунд с чистотой 99,9%, политетрафторэтилен и т. д.) с диаметром d., меньшим диаметра </< центрального проводника, по крайней мере на двойную толщину образца А.. Если не проводятся измерения с качающейся частотой, то боковой микрометр, с помощью которого можно перестроить резонатор, по меньшей мере, до значения V* мощности на пизкой частоте, должен бы1ь калиброван при различных частотах в пределах диапазона рабочих частот резонатора.

Чтобы установить постоянное соединение с резонатором, рядом с верхним краем вставляют контактные петли. Скользящие контакты с передвигающимся центральным проводником заменены металлической гофрированной поверхностью.

А,1.4. Испыты васм ы й образец

Испытываемый образец представляет собой плоский диск диаметром <1,

d%<dr-2*„

22

Страница 8

Резонатор проходного типа

I ОКНО:    I-    MlWill микрометр; 3— яетпя nni. <—uc't.'_ni:cisva«

Гйримнкп; 5 —х генератору. 6~ к мтектору; 1 — образец: S — 6око-•ОЯ илкромстр

Черт. 2

ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377-2-77) й 8


где dt — диаметр вентрального проводника;

Л, — толщина образца.

Позсрхности образцов должны быть плоскими и параллельными друг другу с точностью до 0,053.

Примечание. Существуют два метола испытания образца: а) с использованием послушного зазора (ht.—h.) и микрометрическом конденсаторе и без приложения электродов к образцу. С помощью этого метода снижается погрешность при определении относительной диэлектрической проницаемости. обусловленная возможной неточностью определения толщины образца. Так как этот эффехт (в первом приближении) пропорционален (er—I), то точность можно обеспечить в основном тогда, когда имеется очень низкая диэлектрическая проницаемость. Этому методу также отдают предпочтение при наличии материалов с низкими потерями из-за отсутствия не поддающихся контролю контактных сопротивлений;

23

Страница 9

С 9 ГОСТ 27496.2-67 (МЭК 377-2-77)

б)    металлизация плоских поверхностей при помощи соответствующего стандартного метода рекомендуется при измерении диэлектрической проницаемости образцов, имеющих кг>5. Образец зажимается между электродами микрометрического конденсатора. При измерении тангенса угла диэлектрических потерь у образцов с низкими потерями следует пользоваться методом а).

А1.5. Оценка результатов Л1.5.1. Параметры, подлежащие измерению: диаметр образца d,\ толщина образца Л,;

резонирующая частота /г. резонатора под нагрузкой;

полуширина резонансной кривой 6li.' или соответствующие показания бокового микрометра прн нагруженном резонаторе, позволяющая определи»ь

Qt,;

расстояние между электродами микрометрического конденсатора «i резонатора под нагрузкой;

расстояние между электродами микрометрического конденсатора Л„. восстанавливающего резонанс при ft после извлечения образца;

полуширина резонансной кривой — й/«' или соответствующие показания бокового микрометра г*3 после извлечения образца, позволяющая определить <?«.

Л 1.5.2. Данные, которые должны быть получены из калибровочной схемы: емкость С. прн расстоянии Л„; емкость CLо при расстоянии Ль.

В случае необходимости:

полуширина резонансной кривой bft при частоте h, соответствующая показаниям бокового микрометра rL1;

полуширина резонансной кривой б/, при частоте /«-ft., соответствующая показаниям бокового микрометра л.1.

Л 1.6.3. Расчеты и результаты:

С«г=-^-,    (3)

C*=*rCw;    (За)

а) если электроды не касаются образца (воздушный зазор At—Л,):

С\о—С%о~Г~ •    (4)

ч

___**___Л»_

I С'*°    \    ”    / С|.о-Си \    •    (5)

Лии+С'10 1) +** К \CU—Cu+C'g0 )*

Шк-'}

(6)

в)    если электроды касаются образца:

С,—С 1л+Ск,

-7-•    17)

24

1

Только для метода фиксироианиой частоты.

Страница 10

ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377-2-77) С 10

Примечание. Если толщина электродов. приложенных х образцу, слишком большая, чтобы ес игнорировать, по сравнению с толщиной А, образца, то емкость С,„ уравнения (7) следует заменить на С,„ из уравнения (4). где Л|.=*Л, + 2а

Ст ( Чс-Vj \ Ст , ( Q„ \

8=-сГ V~ — Г—«ТПГ -1)'    (3)

где С? — общая емкость системы; может быть определена экспериментально из

л ^£l

(9)

2 ‘ Л /

где I — это средняя частота двух резонансных настроек и и /г, соответствующих двум емкостям С„, и С*г, которые могут быть определены из калибровочной схемы резонатора.

Л2. Коаксиальный резонатор

Л2.1. Коаксиальные резонаторы применяются в диапазоне частот пример, но 1—7 ГГц. Они пригодны для образцов в форме труб с любой диэлектрической проницаемостью, которые плотно входят в проводник. Жидкости можно испытывать с резонатором, служащим в качестве измерительной ячейки, установленной вертикально с точностью до 0,05®.

А22. Принцип работы

Коаксиальные резонаторы состоят из коаксиальной линии, короткозамкнутой с одной етироны держателем для образца, а с другой или фиксированным коротким замыканием, нли передвигающимся закорачиваемым поршнем (черт. 3). В первом случае частота должна быть настроена на резонанс.

Коаксиальный резонатор

I — образец; 3 — сколмяаи* пяужж«е: J —от геиератоса; < — к мтвастору


Черт. 3


Страница 11

С. I! ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377-2-77)

При этом очевидно, испытательнзя частота зависит от размеров резонатора н образца и от сто диэлектрической проницаемости. В то же время во втором случае резонатор можно настроить па желаемую непитательную частоту. Оценка полученных данных аналогична методам оценки резонансной линии {см. Публикацию МЭК 377—3 —в стадии рассмотрения).

A2A Конструкция

Коаксиальные резонаторы со стандартными волновыми сопротивлениями и внешними диаметрами проводника выпускаются промышленностью (так иаэы-иаемзя «бесиамопая секция*). Их предельная низкая частота определяется прогибом центрального проводника, о то время как верхний предел частоты определяется, в первую очередь, включающейся частотой волны типа I! (ТЕ»)

. <*£.+<*! 1/-

brain1-*--2~ V «г .

ограничивая, таким образом, внешний диаметр проводника d0 при заданной относительной диэлектрической проницаемости е, образца. Другие пределы, влияющие на точность метода,— это механические допуски, с которыми изготовляется образец, чтобы соответствовать резонатору, а также воспроизводимость настройки скользящего закорачивателя в настраиваемом резонаторе.

А2.4. Испытываемый образец

Испытываемый образец должен быть механически обработан таким образом, чтобы он соответствовал сечению резонатора с допуском ±0,005 мм. Передняя н задняя поверхности образца должны быть отрезаны перпендикулярно его оси с точностью до 0,05 . Наилучшие результаты получают при использовании образцов, длина которых является целой кратной V* длины волны.

Рекомендуется металлизация контактных поверхностей при помощи соответствующего стандартного метода.

А2.5. Оценка результатов

А2.5 1. Показателя, подлежащие измерению:

а)    настраиваемый резонатор: длина образца

частота резонанса /г или соответствующая длина волны >.в..

настройка резонанса у резонатора под нагрузкой

полуширина резонансной кривой у резонатора под нагрузкой б/t,

настройка резонанса у пустого резонатора

полуширина резонансной кривой у пустого резонатора 6/*;

б)    резонатор с постоянной настройкой: длина резонатора h,

частота резонанса резонатора под нагрузкой fL. полуширина резонансной кривой у резонатора под нагрузкой частота резонанса пустого резонатора /и; полуширина резонансной кривой у пустого резонатора 6/„.

А2 0.2. Расчеты и результаты

sin я/Q.

«Ь.--    ■■—=•    <10>

X |+sln 3«/0La

где L а и относятся соответственно к резонатором с нагрузкой и без нагрузки. Если n/QLi u sgO.l, то

mU —*/Qi.    (Юа)

В первом приближении и при тангенсе угла диэлектрических потерь 1г6;»10~*, результирующий коэффициент, который должен использоваться п последующих уравнениях, рассчитывается по формуле

m—mL—/nu,    (II)

26

Страница 12

ГОСТ 27196.2-87 (МЭК 377-2-77) С. 12

Тогда

J_ 0-^) <В ^Af-fwd-ftg» $Ы) _ »h ТЛ _ lh £

fit-. '    l+*»tge?A/    T,/,    z    ’    1    '

где lf/=*j+/P»-

а) Д/ — иэмененне длины, требующееся для восстановления резонанса после извлечения образца при фиксированной испытательной частоте 1г.

б) Д/=/,—/г=/,    и

-=    Ч

где п — целое число;

}.а к 7.1. — длины волн для настройки в резонанс соответственно пустого ь нагруженного резонатора.

Для т<0,| уравнение (12) можно разбить на действительную и мин-j» части, получив:

<|3>

Р«*    ?*'»    х

и

(Н)

Следовательно:

^ ^ *■!■+<*.>■ (-Y-Л

‘''^^№7-^3'

th г 12 х

Для какого-то определенного значения функций —и    ,    которые

внесены п таблицы, существует неопределенное количество значений *_ и ^ соответственно из которого необходимо выбрать одно правильное. ВыГор облегчается, если КДОСТИО приблизительное значение относительной диэлектрической проницаемости.

АЗ. Объемный (закрытый) резонатор

А3.1. Объемные резонаторы используются в диапазоне частот 1—30 ГГи. Они пригодны для испытания твердых образцов в виде дисков и стержней, а также жидких образцов при условии, что используется соответствующий тип

27

Страница 13

•с 13 ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377-2-77)

волны, для которой с достаточной точностью могут быть решены уравнения Максвелла, и что этот тип волны сохраняется после удаления обрааиа. Погрешности могут возникать п результате изменения типа волны или существующего вырождения; следовательно, в конструкции объемных резонаторов большое значение имеет тщательное изучение конфигурации поля н рациональной конструкции соединительных элементов. Рекомендуется пользоваться диаграммой типов волн (см. черт. 4).

Примечания:

1.    Для выключения или расстраивания ненужных колебаний можно использовать регистры.

2.    Т.Ч,и> — резонаторы лучше всего подходят для измерения в диапазоне частот 1—10 ГГц, тогда как выше 10 ГГц желательно использование резонаторов TEoi.

АЗ2. Принцип работы

Возможные типы работы-

а)    с образцом в форме диска (см. черт 5а), заполняющим сечение резонатора на часть его длины; длина волны меняется только на участке, где имеется образец в результате измерения диэлектрической проницаемости. По основным параметрам этот тип рзбогы не отличается от типа работы коаксиальных резонаторов, описанных в пп. А 2.2, А 2.4, А 2.5.1, поэтому следует дела-тъ ссылку на эти пункты.

Примечание. Проблема подгонки значительно уменьшается, если использован» волну типа H TEj«;

б)    с образцами п форме стержня (см. черт 56) диаметром d., который меньше диаметра полости d,. но заполняет резонатор по всей его длине; длина волны волновода 7.t меняется в зависимости от существующей конфигурации электрического поля, коэффициента заполнения образцом и его диэлектрической проницаемости. Таким образом, диэлектрическая проницаемость образ-иа определяется в результате решения уравнений Максвелла для этого неоднородного пространства. Вообще эти резонаторы имеют фиксированную плану.

Примечания:

I Если диаметр образна представляет собой значительную часть половины "’ним р.пнэльном сотни, то рекомендуется использование волны типа Н-ТЕ,.,, так как эти типы поли сравнительно не чувствительны к точности соответствия уежду длиной образца и длиной резонаторз.

Внимание. Во избежание погрешностей в результате колебаний более высокого 'порядка внутри образца диаметр образца должен быть выбран таким образом, чтобы исключить любую распространяющуюся внутри него РОЛ ну при испытательной частоте.

2. Образцы с малым диаметром по сравнению с половиной длины радиальной волны woiyr вводиться а полость через небольшие отверстии в центре передней сюрокы резонатора, устраняя необходимость подгонки длины образца. В э~ом случае следует использовать волну типа Е-ТМ.,„.

АЗ.З. Конструкция

Для испытаний материалов интерес представляют лишь типы волн (см. •tqu С), имеющие аксиальную симметрию, например, TEorn и ТМщ. Определенный тип oo.i:их и размеры резонатора выбираются прежде всего с точки зрения оптимальной эффективности работы (см. черт. С и 7) н формы испытываемого материала, его количества и свойства. Другие соображения заключаются в следующем.

Страница 14

Диаграмма типов волн Uo-djV^f (К) первых четырех резонансов из самых низких Jo чипов волн для цилиндрического резонатора, (кэ статьи \V. Otto, Kachrichtcn technik 10 (i960) Б. 266)

Страница 15

С 15 ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377-2—77)

Закрытый рсмжатор с полной типа ТЕ^,

/—волмоапя TE|g; J —диафрагмы с»»з«: 1 — образе*: * — выгод

Закрытый резонатор с шолиой типа Е=»ТМ0_|0

I- iV>pл;ц. J — п»тт св*1" б

Черг. б

30

Страница 16

Мгновенная конфигурация ноля и выключающая длина полны некоторых типов ьолн низкой частоты цилиндрического резонатора





ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377-2-77) С 16



£01


Тил

»олям

V*

Ни

I,70627

Во.

1.90838

Н* ,

1.02862

к)

0.81999

Ни

0.74778

Е.1

0.61172

На

0.59070

Н„

0.58026

Ео»

0.56012

Е,„

0,49239

Ни

0.48968

0.46816

0.44781


Страница 17

г

w Коэффициент формы волны Q— для рвмичных волн 1ипо« К,™» и Н,вю в цилиндрически* закрытых резо-

С. 17 ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377-2-77)

d„

иаторах в зависимости от    , глубины проникновении в результате скин-эффекта (из статьи W. Olio

/ —о

Nachrichlenlechnik I0(l9fi0) Б. 226)

Тип Е|в»    Тип    Н»,

Черт. 7

Страница 18

ГОСТ 27496-2-S7 (МЭК 377-2-77) С. 18

a) полны типа Н предпочтительны с настраиваемыми резонаторами, так как они устраняют необходимость в контактных плунжерах, повышая, таким об-разом, коэффициент точности и воспроизводимость настройки. Далее, они позволяют использовать круглые отрстня для введения образцов, концепт-ричсскнс с осью резонатора, которые не ухудшают электрических свойств, по-сьопкку линии тока лишь круговые:

Примечания:

I. Волна типа Н-ТЕи имеет важное качество — затухание снижается о частотой, поэтому она особенно полезна при высоких частотах.

2 Чтобы подавить нежелательную волну ТМн, которая вырождается с волной ТЕС| и может снизить Q* без нагрузки, отдельная верхняя пластина резонатора может Сыть изолирована от протекания постоянною тона и резонаторе;

в) волны типа Е-ТМ*П могут быть использованы лишь в пдоскопарал-лелъкых резонаторах, обеспечивая исключительно надежную работу. Таким образом. трсбнтся отяоогтелыю малое количество испытываемого материала. Серьезным недостатком этих типов воли, однако, является сильная зависимость 1>еэультатов ог надежности контакта между образцом и резонатором. Поэтому использование этих типов волк ограничивается типами TMoi.j.

Примечания:

1.    Во избежание ухудшения работы ТМ-резонаторов края отверстий должны совпадать с узловыми линиями тока или магнитного ноля (если не используются о чеиь тон кис образцы).

2.    ТМ-реэоваторы можно использовать для определения диэлектрических свойств магнитит материалов без внешнего поля смещения, если диаметр образца будет достаточно малым.

Л 3 4. Испытываемый образец

Испытываемый образец должен соответствовать применяемому методу (см тт. Л 3.2). Металлизация требуется лиши на контактных поверхностях, которые пересекаются линиями электрического поля. т. с. с еолнами типа Е. Жкдкоотм можно испытывать в соответствии с методом а. установив резонатор вер гик алию с точностью 0,0о°, млн в соответствии с методом 6> применив п качестве непитательной ячейки тонкостейную трубку с низким тангенсом утла диэлектрических потерь. Наличие испытательной ячейки может быть причиной повторения испытаний с использованием трубок с равным диаметром, но с различной толщиной стенок н экстраполирование на нулевую толщину.

А.3.5. Оценка результатов

Л 3.5 I. Показатели, подлежащие измерению

Метод а. Образцы в форме диска* заполняющие сечение резонатора. Помимо показателей, перечисленных ь п. А 2-5.1, требуется диаметр J0 — резонатора

Л*?год 0. Образны о форме стержней. Помимо показателей, перечисленных и п. А 2.5.1. требуются диаметры J.) — резон:- гора и rf. ■— образца.

А 3.5.2. Расчеты и ^улматы

Примечание. Последующие расчеты действительны лишь для образцов с низкими потерями.

al Образцы в форме дисков, волны типа TL.

Можно использовать уравнении (SO) - - (14>, если включить истинную длину волновода Я*. Если измерить частоту /, то длина волновода пустого резонатора Судет

Страница 19

С. 19 ГОСТ 27496 2-87 (МЭК 377-2-77)

где /с — граничная (критическая) частота применяющегося типа волны. !о является функцией диаметра резонатора do н относится к граничной длине волны Хц следующим образом.

/с-17-

Уравнения (15) п (16) следует заменить на

Н^)’+Нг)‘ -Г №■

где Аль — 9го длина волны в свободном пространстве при частоте резонанса /ь-tg* рассчитывается по формуле

'г*=тт.

Для образцов с очень низкими now-рямк (1цЛ=£10-3) следует пользоваться другой формулой для тангенса угла диэлектрических потерь, в которой учитываются распределенные потерн резонатора и изменение конфигурации поля после внесения обралца.

Волна типа Н-ТКЬ,Я

,8    .    Ш+'е'Х . /&_Л.    (№)

с* '• Q“    tgii Л_-L«£. \Ql 1

где

в) Обрати я форме стержней, волна типа E-TAW Примечания:

I. Следующие уравнения действительны для образцов диаметром

0L

dt<0,255—гг.    давая относительную погрешность в относительной димск-

V •,

тричсской проницаемости порядка -— <1% н в тангенсе угла дммек-

Лrc I

трнческих потерь порядка -*10%;

»

34

Страница 20

ГОСТ 27496.2—*7 (МЭК 377-2-77) С 2»

MI

d


Г

,->*Г

L

1

г

i Vi 8


Г '4f)'

['Ч*)


(21)


c,=l +


К)

/ J- _ JL\

'\Qi Q')'


(22)


tgS=


t,n


где

к°(    Й>"^’)—K<,(Pa‘^J'y,,(^ 2 )]’ <23)

2*

*ft)=

(24)

(24a)

(25)

»o *

2nV~

[24qI,

a    \'o — функции Бесселя ii Ноймаиа соответственно нулевого и первого

порядка.

2. Потери резонатора и изменение конфигурации поля принимаются во внимание в уравнении (25)

А4. «Открытый* резона юр

А.4.1- Открытие резонаторы используются при частотах пыигс ЗГГц Оми ир и юл нм лишь лля твердых образцов с низким тангенсом угла диэлектрических потерь.

А 4 2. Принцип работы

Образен в форме стержня или диска используется как секция (диэлектрическою) полповода короткозамкнутого с двух сторон при номоши плоских металлических пластин (см. черт. 8). Таким образом, ди>лектричесчую проницаемость можно рассчитать хах функцию длины короткозамкнутой цели (равной длине образца) и измеренной частоты резонанса.

35

Страница 21

Открытый резонатор

I — цбояэеа: ? — sauuxa>ouim гг.гктииы: J — з*ж»н: 4 —<ir 3—к генератору

Черт. 8

С. 21 ГОСТ 27496 2-87 (МЭК 377-2-77)


В основном Используются полны типа HTE««S. Преимущество открытых резонаторов по сравнению с объемными, описанными в п. АЗ. заключается в том, что при условии использовании достаточно больших замыкающих пластин, обеспечивающих низкие радиальные потери, величины Q получаются высокими, так как токовые потери проявляются только в замыкающих пластинах.

Примечание, Минимальный диаметр замыкающих пластин в основном зависит от высоты Л. образца и от индекса 1 исполыующегоси типа полны. Вообще d**7Л, оказывается достаточным.

По сравнению с методами 36 к 4 в данном случае можно подучить белее высокий коэффициент заполнения, обеспечивающий повышение чувствительности.

Существуют проблемы, связанные с определением подлинного значения коэффициента Q„ без нагрузки, который можно рассчитать только при при сильном возбуждении заданного типа волны,

А 4 3. Конструкция

В состав открытого резонатора входят следующие элементы:

а)    две замыкающие пластины, имеющие гладкую отполированную поверхность, обращенную п сторону образна, и диаметр rf„ — примерно в 7 раз больше высоты образца h,\

б)    образец;

в)    два соединительных элемента, обеспечивающие требующийся тип работы и позволяющие осуществлять настройку связи с образцом;

г)    крепление дли сборки и фиксировании деталей.

А 4.4. Испытываемый образец

Испытываемый образец представляет собой цилиндр с круглым сечением, причем его высота меньше, чем половина предполагаемой длины резонансной полны в воздухе. Плоские поверхности должны быть ровными н параллельными в пределах до 0.05°.

А 4.5. Опенка результатов

А 4.5.1. Показатели, подлежащие измерению

Дпахстр d, н высота h, образца.

Эб

Страница 22

ГОСТ 27496.2-87 (МЭК 377-2-77) С 22

Частота резонанса ft ми длина резонансной водны Лог. в свободной пространстве соответственно.

Козффнциекг <?/. под нагрузхой.

Примечание. Соединение с резонатором должно быть таким, чтейы не повлиять на частоту резопансэ, если позже устройство для вывода энергии извлекается. Расстояние от этого устройства до образна порядка <1. оказывается удовлетворительным.

А 4,52. Оценка и результаты

Относительная диэлектрическая проницаемость к', вытекае? из уравнения

М«) Vi (а)

х„ (р)

(26)

где


-тТ".

"^Г/'ЛиЛ ,17.

Ml*/», J ) *


~<и ' К,


(27)

(27а)


где 1=1, 2, \ . . . (количество полуволн по оси резонатора):

/*» /и /Со, Кг — функции Бесселя нулевого и первого порядка соответственно первою и второго вида. Уравнение (26) можно рео;итъ графически:    для

расчетной величины Pt, которая определяется при ломотн измеренных показателей d,, ft. Xu. и принятого значения /, график дает различные значения Выбрать следует то значение- которое дает приемлемое ef.

/ ’*0L V . ( '*0L V

H^j-Чтгг

(2?)

Тангенс угла диэлектрических потерь можно рассчитывзть по формуле

А

-В,

(29)

где

]-


А-П


(30)


А3 (*«) Г АГп О») АГ3 (3,)— *rACi(P,)l V(«iKW'ff,(»f)


... A1 (on) [K*(h)’K'(h)-W(b) 1 \. (3n «о*э» (    *r<?i)    | -Vh)4K)v,(M J)

В=

где о— проводимость замыкающих пластин.

А5. Оптический резонатор

А 5.1. Оптические резонаторы используются при частотах, превышающих 30 ГГц. Их применяют для определения диэлектрических свойств твердых а Жилхих диэлектрических материалов.

А.З 2. (1 р и и а н п р л б о т ы

S7

Страница 23

С. 13 ГОСТ 27496.2 —87 (МЭК 377-2-77)

Оптические резонаторы работают так же, как коаксиальные и закрытые. Основное отличие заключается в том, что длина резонаторов соответствует большому количеству длин полны, и образец (лист или пластина) занимает лишь небольшую част», общей длины. Может использоваться настройка или частоты, или длины. Оптические резонаторы более совершенны по сравнению с обычными микроволновыми резонаторами, благодаря снижению злектричсс-ких потерь и полости при условии, если потери от дифракции и радиации можно поддерживать на низком уровне, т.е. используется луч с больших поперечным сечспием (измеряемым длиной волны). Благодаря этому обычно появляются проблемы, связанные -с определением рабочего типа волны, так как возможпо возбужденно большого количества поперечных волн с различной длиной полны и козффнивсктом (волновод сверхмоды).

В зависимости от конкретной конструкции длина волны может также меняться с изменением размещения отражателей.

Поэтому длина волны (мода) должна определяться экспериментально путем перемещения небольшого зоиле или испытываемого образца аксиально или раднядыю внутри резонатора при одновременном измерении выходного напряжения на зонде или резонаторе.

Л 5.3. Конструкция

В основном существуют два ткпа резонаторов:

а)    хорошо известный интерферометр Фабри-Перо теоретически обеспечивает высокие показатели Q„ (*10').

Благодаря своей физической конструкции его хорошо применять для плоских образцов. Однако возникают трудности, связанные с возбуждением плоской полки достаточно большого сечения при одновременном обеспечении достаточной отражательной способности отражателей, а также с правильным размещением этих отражателей В зависимости от отражательной способности отражателей оптимальные значения Qv для основном ваты типа Н (TF.AVjo) с достаточным подавлением нежелательных колебаний более высоки1 . .

кого порядка получают для ■■ ■

(4 SA)

где do — диаметр отражателей;

.? — расстояние между ними;

Л — рабочая длина волны.

Примечание. Рабочая длина волны данного типа не меняется » зависимости or изменения расстояния между отражателями.

б)    о конфокальном резонаторе можно получить более высокое значение Q. по сравнению с интерферометром Фабри-Перо, так как коле лучше удержи-01 стоя на оси резонатора к снижаются потери or дифракции. Это означает что можно получить сравнимые значения <?„ с использованием уменьшенных поперечных размеров Кроме того, значительно облегчается оптимальная иа-сгронка резонаторов.

Диэлектрические измерения представляют собой проблему, так как измеренные показатели нахолягся в большой зависимости от положения образ» но вдоль оси резонатора. Кроме того, рабочая длина волки за и и сиг от рас* стояния до отражателей;

а) в полуфокальноу. резонаторе (см. черт. 9) сочетаются преимущества юифока.шюсо резонатора при примерно вдвое уменьшенных значениях Q,, с упрощенной методикой оценки диэлектрических свойств, которая осуществляется при использовании плоских образцов, размешенных на плоском отражателе Чувствительность длины волны луча к размещению отражателя, однако, сохраняется.

А 54 Испытываемый образец

Страница 24

ГОСТ 27496 2-87 (МЭК 377-2-77) С. 24 Полуфокалышй резонатор

J—образец; >— плоский рефлектор; 3-К деглетору; V - от reinsaiopi; 3 — сосдияеине с praoeanw" Г олоежого эеф^ектор»

Чсрг. 9

Испытываемый образец представляет собой пластину с параллельными плоскостями, имеющую значительно большую площадь по сравнению с площадью поперечного сеченмя луча Его толщина обычно варьируется от ’/а до нескольких длин волны.

А 6.5. Оценка результат о о

Для оценки измерений, полученных при помощи полуфокальпого резонатора, принята методика, изложенная в п. А 2.5.

39

Страница 25

С. 25 ГОСТ 27496.2--87 (МЗК 377-2-77)

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

1.    РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством электротехнической промышленности СССР

2.    Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 02.12.87 ЛЬ 434» введен в действие государственный стандарт СССР, в качестве которого непосредственно применен международный стандарт МЭК 277—2—77.

3.    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

4.    ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Раздел, подраздел. pyi-кт. и котором при&ехепи ссылки

Обошачеяис соот ьетс т нуюасго стандарта

Обозначай** от«ч»егми-•гою ■(ормитккно-тохничее-косо документа, иа который даиа ссылка

Введение

МЭК 377—1

ГОСТ 27496.1-87

•1.2

МЭК 377 -1

ГОСТ 27496.1-87

7

МЭК 377-1

ГОСТ 27496 1-87

А 12

МЭК 250

ГОСТ 6433-4-71

А 2 2

МЭК 377-3

Отсутствует

Редактор С. И. Нобарыкин Технический редактор О. И. Никитина Корректор Л. С. Черно усола

С а ли, в каб. И (Н w Позе. • печ. IS03 8S 2.5 уел, п. л. 2.61 уел. хр.-отт. 2.52 уч.-*»*, я. Tiip. 190*}    LI?на 1$ коп.

0рл»4* «Змзк Почета» Ичдате.ш^во ciasaaproo. И5Я«о. .Чмкиа, ГСП. Пооопресиепский пер.. J Тип. *M0Chi>*«>ild Ве<аП«1Ь»    Лмии    пер..    6    3а».    1714