IEC 63185:2025
Измерение комплексной диэлектрической проницаемости для диэлектрических подложек с малыми потерями методом сбалансированного круглого дискового резонатора
- Стандартный №
- IEC 63185:2025
- Дата публикации
- 2025
- Разместил
- International Electrotechnical Commission (IEC)
- Последняя версия
- IEC 63185:2025
- сфера применения
-
Техническое обоснование и анализ развития стандарта
Второе издание IEC 63185 (выпуск которого запланирован на 2025 год) представляет собой существенный технический пересмотр первого издания, опубликованного в 2020 году, и представляет собой значительный шаг вперед в технологии измерения диэлектрических свойств в микроволновом и миллиметровом диапазонах. Этот стандарт включает в себя несколько ключевых технических усовершенствований метода измерения с использованием сбалансированного дискового резонатора:
Основной принцип измерения и теоретическая основа
Метод сбалансированного дискового резонатора основан на режиме TM0m0 и рассчитывает комплексную диэлектрическую проницаемость посредством точного анализа согласования мод. Параметры измерения определяются как:
Параметр Символ Определение Диапазон измерений Комплексная относительная диэлектрическая проницаемость εr εr = ε'r - jε"r 1-10 Потери тангенс tanδ ε"r/ε'r 10-4-10-2 Диапазон частот f Частота измерения 10-170 ГГц Требования к конфигурации измерительной системы
Стандартные требования к использованию измерительной системы class=instrument>Vector Network Analyzer, которая сконфигурирована со следующими компонентами:
- Резонансная полостная структура проходного типа
- Возбуждение коаксиальной линией 0,8 мм
- Интерфейс волновода (новая версия)
- Точная калибровка компоненты
Система использует метод круговой аппроксимации для сложных данных S21, что значительно повышает точность измерений резонансной частоты и добротности.
Сравнение ключевых технологических улучшений
Характеристики Первое издание (2020 г.) Второе издание (2025 г.) Значимость улучшения Верхний предел частоты 110 ГГц 170 ГГц Расширение приложений миллиметрового диапазона Типы резонансных полостей Коаксиальный интерфейс Добавление волновода Интерфейс Расширение применимости Обработка краевого поля Приближенный расчет Точный анализ согласования мод Повышение точности измерений Оценка неопределенности Основные методы Расчет методом Монте-Карло Более надежный анализ неопределенности Ключевые моменты для реализации процедуры измерения
7.1 Подготовка
Измерительная аппаратура должна быть чистой и сухой. Высокая влажность значительно снизит незагруженную добротность. Резонансная полость и образец диэлектрика не должны иметь поверхностного окисления и царапин. 7.3 Условия измерений. Интервал между дискретными частотными точками векторного анализатора цепей должен быть менее одной десятой полуширины резонансного сигнала. Ширина полосы пропускания промежуточной частоты (ПЧ) должна обеспечивать уровень шума не менее чем на 20 дБ ниже пикового значения. 7.5 Измерение комплексной диэлектрической проницаемости. Комплексная диэлектрическая проницаемость рассчитывается по уравнениям (3) и (4) путем измерения резонансной частоты f0 и добротности Qu без нагрузки каждой моды TM0m0. Координата расположения диска-проводника и апертуры возбуждения имеет решающее значение для результатов измерений.
Метод оценки неопределенности
В стандарте используется метод расчета Монте-Карло для оценки неопределенности измерений с учетом следующих факторов:
- Распространение неопределенности измерений S21
- Повторяемость измерений
- Эффект разрешения по частоте
- Относительная ошибка сходимости анализа сопоставления с образцом
- Неопределенности размерных параметров и проводимости
Практическое исследование случая применения
В Приложении А приведены подробные результаты измерений для образцов циклического олефинового полимера (ЦОП):
Режим Частота (ГГц) Ненагруженная добротность Фактор ε'r tanδ(×10-4) TM010 13,171±0,007 385±23 < 2,327±0,0052,73±1,74 TM0150 165,811±0,036 782±57 2,326±0,008 6,35±0,97 Рекомендации по внедрению и передовой опыт
Выбор прибора
Рекомендуется использовать высокопроизводительный векторный анализатор цепей с возможностью измерения на частоте 170 ГГц. Для приложений, требующих чрезвычайно высокой точности, рекомендуется использовать устройство контроля температуры, чтобы минимизировать влияние теплового дрейфа.
Калибровка и проверка
Регулярно измеряйте проводимость металла с помощью метода двухдиэлектрического резонатора или проверяйте стабильность системы, измеряя стандартные образцы с низкими потерями. Рекомендуется создать систему регулярного контроля, чтобы гарантировать повторяемость результатов измерений.
Контроль среды измерений
Лабораторная среда должна контролироваться при температуре 23±1°C и относительной влажности ниже 40%. Для высокочастотных измерений (>110 ГГц) рекомендуется выполнять измерения в среде сухого воздуха или азота.
Обработка и анализ данных
Для обработки данных S21 используются усовершенствованные алгоритмы подгонки окружности в сочетании с методами Монте-Карло для анализа неопределенности. Рекомендуется использовать профессиональное программное обеспечение для автоматизации расчетов сопоставления с образцом.
Технические преимущества и перспективы применения
Метод сбалансированного дискового резонатора обладает значительными преимуществами по сравнению с традиционными методами (IEC 62810 и IEC 61338-1-3): неразрушающее измерение, широкий охват полосы пропускания и высокоточный анализ шаблонов. Этот метод имеет важное прикладное значение для определения характеристик диэлектрических материалов в таких областях, как связь 5G/6G, миллиметровая радиолокация и высокопроизводительные вычисления.
В связи с быстрым развитием технологии миллиметровых волн, возможность измерения на частоте 170 ГГц, предоставляемая этим стандартом, закладывает основу для будущих диэлектрических измерений в терагерцовом диапазоне частот и представляет собой новейшее направление развития международной технологии диэлектрических измерений.
IEC 63185:2025 История
- 0000 IEC 63185:2025 RLV
- 2020 IEC 63185:2020 Измерение комплексной диэлектрической проницаемости диэлектрических подложек с малыми потерями методом кольцевого дискового резонатора сбалансированного типа.
