GB/T 35680-2017 液体材料微波频段使用开口同轴探头的电磁参数测量方法

ICS17.240

N05(3B

中华人民共和国国家标准

GB/T35680—2017

液体材料微波频段使用开口同轴探头的

电磁参数测量方法

Measuringmethodforelectromagneticparametersofliquidmaterialsat

microwavefrequenciesusinganopen-endedcoaxialprobe

2017-12-29发布2018-07-01实施

发布

GB/T35680—2017

目次

冃U有I

1范围1

2规范性引用文件1

3术语和定义1

4测试样品要求1

5—般要求2

6电磁参数测量3

附录A（资料性附录）同轴探头参5

附录E（资料性附录）单端口探头终端校准原理6

附录C（资料性附录）电磁参数反演方法9

附录D（资料性附录）测试结果示例11

参考文献14

GB/T35680—2017

■>r■—>—

刖弓

本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则进行起草。

本标准由中国电器工业协会提出。

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：中国电子科技集团公司第四十一研究所、上海市计量测试技术研究院、安防高科

电磁安全技术(北京)有限公司、苏州市质量技术监督综合检验检测中心、北京邮电大学、北京理丁大学、

上海交通大学。

本标准主要起草人：年夫顺、郭荣斌、王亚海、赵锐、胡大海、蔡青、陆福敏、朱安东、刘斌、黄鑫、

刘小明、胡伟东、吕昕、来磊、陈超婵、左建生、桑昱、缪轶、朱建刚、金荣洪。

T

GB/T35680—2017

液体材料微波频段使用开口同轴探头的

电磁参数测量方法

1范围

本标准规定了在微波频段使用开口同轴探头测量液体材料电磁参数的方法。

本标准适用于100MHz~50GHz频段范围内使用开口同轴探头对均匀、各向同性的液体材料的

相对介电常数及损耗角正切的检测。

2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

3术语和定义

GB/T4365界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

复数介电常complexrelativepermittivity

可通过式（1）计算：

式中：

E（）——真空介电常，等于&85X10-,2F/m；

5——复数相对介电常；

£'——相对介电常数的实部；

e"——相对介电常数的虚部。

注：本标准所述及的复数介电常数实际上均指相对介电常，并以相对介电常数的实部』和介电损耗角正切

tan》。=///表征之。

4测试样品要求

测试样品为均匀、各向同性的液体材料，置于玻璃容器内，样品剂量应满足式（2）、式（3）：

S$10Si(2)

h$80mm(3)

式中：

S——测试样品测试面的表面积,单位为平方米（n?）；

Si——探头终端的表面积,单位为平方米（m2）;

h——测试样品深度。

样品无杂质，测试前应保证液体均匀无气泡。

1

GB/T35680—2017

5—般要求

5.1环境条件

测量条件应满足以下要求：

a）环境温度：（23±5）°C；

b）相对湿度:<65%；

c）气压：86kPa~106kPa；

d）供电电源：单相交流220X（l±10%）V,50X（l±5%）Hz；

e）其他:测试过程中，周围无影响探头终端的电磁干扰。

5.2测量设备

测量设备应满足以下要求：

a）矢量网络分析仪

接收机噪声电平:<-110dBm；

端口输出功率:$0dBm；

最小分辨带宽：不大于10Hz；

最大允许误差：±0.5dB；

频率范围：应满足实际测量需求。

b）开口同轴探头

参见附录A。

c）温度计

测量范围：18°C〜28°C；

最大测量不确定度：±0.5°C。

5.3电磁参数的计算

对单端口探头终端进行校准处理后得到实际的反射系，然后进行电磁参数的反演计算，计算过程

如下：

a）单端口探头终端校准：

在进行电磁参数计算之前，应首先对单端口探头终端进行校准，消除矢量网络分析仪的内部噪声、

转接头、线缆等对反射系数的影响，保证矢量网络分析仪显示的是单探头最终端面的反射系。选择空

气、去离子水、短路器3种反射系数已知的标准测试样品作为校准件，空气理论反射系数为几*,去离

子水的理论反射系数为rwater_a,短路器理论反射系数为0心，测量3种样品对应的反射系『心、

rwatei_m>rsh（>rt_m。理论反射系数与测量的反射系数之间满足如下关系：

『m=々+]''卩'厂（4）

1—esra

式中：

ed方向性误差；

匕频率跟踪误差；

匕一一等效源失配误差。

将测量结果几m以及理论反射系数几*、1\讼口、几皿心分别代入式（4）,得到3个方

程组：

2

GB/T35680—2017

Fair_md(5)

(6)

rshort_med(7)

求解方程组即可得从而得到实际反射系数与测量的反射系数之间的关系，完成单端口探

头终端校准,详细校准过程见附录B

b）计算方法：

通过式（8）和式（9）进行迭代求解，得测试样品的相对介电常数％,详情参见附录C。

久=弋'（““I）/（££1）（8）

1—r「[丿。（怡皿）—Jo（以）]2[1+2exp（—J吧一3%心〃0冷"）]E丁3€°祕

]+PIn（Z?/a）J0[l—2cxp（—、.左一3乜心他〃rd）"c—3乜5,"0

（9）

式中：

a——同轴探头内导体外径的一半，单位为米（m）；

b——同轴探头外导体内径的一半，单位为米（m）；

d——液体有效厚度，单位米（m）；

3角频率，单位为弧度每秒（rad/s）；

八（工）一一零阶第一类贝塞尔函；

kc——连续特征值；

r——反射系；

£——真空中介电常；

/“——真空中磁导率；

5—一同轴探头填充材料的相对介电常；

幻——同轴探头填充材料的相对磁导率；

5—一测试样品的相对介电常。

6电磁参数测量

6.1设备连接要求

按图1所示连接测量设备。

3

GB/T35680—2017

6.2测量步骤

6.2.1校准：

a）将同轴探头终端置于空气之中，确保终端附近无强散射体，记录此时矢量网络分析仪的反射

系；

b）将同轴探头终端深入去离子水之中5mm以上，确保测试过程中水温基本恒定（变化在±1摄

氏度范围内），探头距离容器底端不宜太近（测试频率0.1GHz-10GHz建议50mm以上，测

试频率10GHz〜30GHz建议40mm以上，测试频率30GHz〜50GHz建议30mm以上），

记录此时水温及矢量网络分析仪的反射系；

O将同轴探头终端连接短路器，确保探头终端无水分，与短路器之间无空气缝隙，记录此时矢量

网络分析仪的反射系；

d）根据式（4）及步骤a）、b）、c）的测量结果和空气、去离子水、短路器理论反射系数计算3个误差

系5、匕、匕，得出同轴探头终端实际反射系数与测量反射系数之间的关系以进行同轴探头

校准，可参照附录B完成。

6.2.2测试样品测量：

a）将清洁、干燥的开口同轴探头终端浸入测试液体中，浸入液体的深度及探头到容器底端距离参

考G.2.1中b）的要求；

b）记录此时矢量网络分析仪显示的反射系；

c）根据式（9）推算出测试样品的相对介电常，测试结果示例参见附录D

4

GB/T35680—2017

附录A

（资料性附录）

同轴探头参

同轴探头结构如图A.1所示，其参数满足以下要求：

a）频率范围：1OOMHz〜50GHz；

b）建议内导体外径：0O.52mm；

c）建议外导体内径：01.67mm；

d）填充介质：聚四氟乙烯；

e）建议采用半钢电缆探头，长度范围50mm~200mm；

f）建议连接探头的电缆长度小于1m

单位为毫米

图A.1同轴探头结构示意图

5

GB/T35680—2017

附录B

（资料性附录）

单端口探头终端校准原理

B.1校准参数求解

单端口探头终端校准，测量所得的反射系rm与探头终端实际的反射系ra之间满足式（b.i）0

式中：

鋼—方向性误差；

匕—频率跟踪误差；

匕一一等效源失配误差。

只需求出上式3个未知量，即3个校准参，找到测量所得的反射系rm与探头终端实际的反射

系ra之间的对应关系。因此，通过测量3种介电常数已知的材料的反射系数即可得3个关于編、“、

j的方程。3个变量3个方程的条件下，即可求得校准参数氏、“、5。

终端短路和终端开路是最简单情况，终端短路情况下，反射系