GB/T 42741-2023 固体材料使用自由空间法的电磁参数测量方法（正式版）

ICSCCSGB/T42741—2023固体材料使用自由空间法的电磁参数测量方法国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会I Ⅲ 1 13术语和定义 1 2 25.1环境条件 25.2测试样品要求 25.3测量设备 3 4 46.2电磁参数的计算 46.3多值问题解决 56.4电磁参数测量 56.5测量步骤 6 7附录A(资料性)自由空间法数据记录表格 8参考文献 9Ⅲ本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国电器工业协会提出。本文件由全国电磁屏蔽材料标准化技术委员会(SAC/TC323)归口。本文件起草单位：青岛兴仪电子设备有限责任公司、上海市计量测试技术研究院、中电科思仪科技线电计量测试研究所、中国电子科技集团公司第四十一研究所。1GB/T42741—2023固体材料使用自由空间法的电磁参数测量方法GB/T2900.74—2008电GB/T4365电工术语电磁兼容GB/T35679—2017固体材料微波频段使用波导装置的电磁参数测量方法GB/T2900.74—2008、GB/T4365、GB/T35679—2017界定的以及下列术语和定义适用于本 (1)j——虚数符号；D——电位移矢量，单位为库仑每平方米(C/m²);2GB/T42741—2023注2:各向同性是指电磁特性的各向同性。 j——虚数符号；注：固体材料的复相对磁导率由材料的磁力矩特性、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S3GB/T42741—20231/20波长，且等效厚度避免选择四分之一波长整数倍。不同频段测试样品尺寸可参考表1的要求。注：样品等效厚度定义为样品厚度d·√e₁μr,式中d为样品实际厚度，e,为样品相对复介电常数实部，μ为样品的复相对磁导率实部。序号频率f推荐尺寸表面要求边长厚度1样品表面平面度和两表面平行度≤2%测试样品厚度238≤f≤110注1:表面平面度定义为材料表面具有的宏观凹凸高度与理想平面的偏差。注2:两表面平行度定义为材料最大两个平行面间距离允许的变化量。测试使用的矢量网络分析仪至少应满足以下条件：试样品。校准板表面应满足：a)表面粗糙度Ra≤3μm;b)表面平面度<0.05mm;c)两表面平行度<0.08mm。测试天线在2GHz～40GHz频段使用微波透镜天线(点聚焦)、40GHz～110GHz频段使用毫米序号频率fGHz焦距mm焦斑mm天线口面到金属板表面距离mm12≤f<4与焦距相同24≤f<8与焦距相同38≤f<18与焦距相同4与焦距相同4GB/T42741—2023表3毫米波喇叭天线指标序号频率f增益(典型值)口径天线口面到金属板表面距离140≤f<50400～5002400～5003400～5005.3.4千分尺千分尺量程及最大允许误差要求：a)量程：>10mm;6测量方法6.1原理测量原理见图1,将一个被测样品放置在固定支架上，两端放置天线通过电缆连接至经过校准的矢量网络分析仪。校准后分别测量S、S₁₂、S2₁、S224个散射参数，代入散射参数值计算复相对介电常数和复相对磁导率。被测样品尺寸根据不同频率要求精密加工。天线天线安装被测样品的固定支架图1测量原理图6.2电磁参数的计算根据矢量网络分析仪测量得到的散射参数按公式(3)～公式(7)得到被测样品的相对介电常数和相对磁导率。F=k±√k²-1 (3) (4) (5)5GB/T42741—2023式中：S₁、S₂1——测试样品两端的散射参数；………………(6)d——测试样品的厚度，单位为米(m);λ——工作波长，单位为米(m);μr——测试样品的复相对磁导率；e,——测试样品的复相对介电常数。通过对公式(3)～公式(7)进行计算求解即可求解待测样品的复相对介电常数、复相对磁导率。6.3多值问题解决自由空间法的测量原理中T是一个复数。则令T=|T|e⁶,考虑到三角函数的周期性，则有公式其中，—2π<φ<0,由计算所得的群时延tgm见公式(9): (8) (9)根据预估低阶n计算出样品介电常数和磁导率，再计算公式(9)与公式(10),利用tgm—ts≈0,如果一致说明n的预估正确，否则逐渐调高n值，重复以上过程，直到满足两种方法计算结果一致为止，最终确定n的值。6.4电磁参数测量6.4.1设备连接要求设备连接示意图见图2、图3。6GB/T42741—2023端口1样品支架透镜天线O天线口面1天线口面2焦距端口图2设备连接示意图(使用透镜天线的情形)端口1O天线口面2远场距离图3设备连接示意图(使用喇叭天线的情形)自由空间校准可采用TRL校准或GRL校准，校准步骤如下。a)将矢量网络分析仪按照仪器说明要求预热。b)根据测量频率选择图2或图3连接测试设备。析仪设置中频带宽不大于500Hz。d)将测试夹具放置在两个天线的焦点上(使用透镜天线情形)或距离天线口面400mm~500mm位置(使用喇叭天线情形),且测试夹具距离收发天线的口面距离一致。7GB/T42741—2023板后，移动一个天线使两天线靠近，距离为金属板厚度的距离，记录矢量网络分析仪的S中心频率1/4波长，分别记录矢量网络分析仪的Su、S₁₂、S₂₁、S₂2参数，完成各项校准测试后f)使用GRL校准时，对连接天线的电缆进行双端口SOLT校准(频率≤50GHz情形),将金属的距离通过S、S₂2找到时域上的峰值并记录。同时记录矢量网络分析仪的S₁、S₁2、S₂₁完成所有GRL校准。GRL校准模型见参考文献[4]。样品测量步骤如下：a)使用千分尺测量和记录测试样品的厚度；b)确保测试夹具在两个天线的焦点上，且测试夹具距离收发天线口面距c)将测试样品放置于测试夹具中，并与水平面垂直，根据测量频率选择测试连接方式，如图2或图3所示；e)根据6.2计算出样品的复相对介电常数、复相对磁导率。7试验报告a)采用测试方法及标准；e)样品编号；f)测试结果；g)其他需要报告的内容。自由空间法数据记录表格示例见附录A。8GB/T42741—2023(资料性)自由空间法数据记录表格自由空间法测量数据记录表格示例如表A.1。表A.1自由空间法数据记录表格测试方法依据文件编号频率/GHze2er—复相对介电常数的实部；e——复相对介电常数的虚部；μ——复相对磁导率的实部；μr——复相对磁导率的虚部。usedinelectrical[2]PACKARDH.H0851090281,1994.