JIS r1627-1996 testing method for dielectric properties of fine ceramics at microwave frequency.pdf

日本工業規格 JIS R 1627-1996 波用 誘電特性試験方法 Testing method for dielectric properties of fine ceramics at microwave frequency 1. 適用範囲適用範囲 規格，主波及発振器用低損失誘電体共振器用 材料，波帯誘電特性試験方法規定。 備考備考 規格引用規格，次示。 JIS B 0601 表面粗定義及表示 JIS B 7502 JIS R 1600 関連用語 2. 用語定義用語定義 規格用主用語定義，JIS R 1600 ，次。 (1) 複素比誘電率複素比誘電率 r (Complex relative permittivity) 表示交流電界強 E (V/m) 交流 電束密度 D (C/m) 複素比，真空誘電率0 (8.854×1012F/m) 除値。 E D r 0 =············································································································ (1) 複素比誘電率実数成分（比誘電率。 ） ，虚数成分，r，次式表 。 rj····································································································· (2) (2) 誘電正接誘電正接 tan (Loss factor) 誘電体損失角正接。複素比誘電率実数成分虚数成分使， tan，次式表。 =tan··········································································································· (3) (3) 誘電率温度係数誘電率温度係数 TC (Temperature coefficien of permittivity) 誘電率温度変化率，対応温度変化分除値。 6 10 )( × = refref refT TT TC (ppm/K)································································ (4) ， T：温度T誘電率 (F/m) ref：基準温度Tref誘電率 (F/m) (4) 共振周波数温度係数共振周波数温度係数 TCF (Temperature coeficient of reasonance frequency) 共振周波数温度 変化率，対応温度変化分除値。 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 2 R 1627-1996 6 10 )( × = refref refT TTf ff TCF (ppm/K)······························································· (5) ， fT：温度T共振周波数 (kHz) fref：基準温度Tref共振周波数， (kHz) 備考備考 TCF，誘電体材料固有値，誘電率温度係数TC近似的次式表。 =TCTCF 2 1 ···························································································· (6) ， ：誘電体線膨張係数 (5) 表面抵抗表面抵抗 Rs (Surface resistance) 導体表面内部流込電磁場散逸表等価抵抗。 導体 板導電率，Rs次式表。 µ 0 f Rs= ()···························································································· (7) ， µ：導体板透磁率 (H/m) (6) 比導電率r (Relative conductivity) IEC 28 規定国際標準軟銅20導電率0 (5.8000 ×107S/m) 対導体板導電率比。 0 = r ············································································································· (8) 3. 試験項目試験項目 試験項目，比誘電率，誘電正接tan，共振周波数温度係数TCF及tan温度依 存性。 ，試験適用測定周波数，及tan範囲，次。 ，特指定限，TCF及tan温度依存性測定温度範囲，4085。 測定周波数 ： 220GHz ： 5500 tan ： 105102 4. 測定原理測定原理 方法，誘電体円柱試料両端面2枚平行導体板短絡，TE011* 誘電体共振器構成。誘電体共振器共振周波数 (f0) 無負荷Q (Qu) ，試料，tan，寸法及 導体板比導電率決定。，共振周波数 (f0) 無負荷Q (Qu) 測定， tan求（図図 1 参照） 。 ，TE0114085f0Qu測定，TCF及tan温度依存性求。 注注* 導波路軸垂直平面上電界横電界姿態 (Transverse Electric Mode) ， TE略称。，左順円筒座標軸回方向， 径方向，軸方向電界強度節又腹数示。 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 3 R 1627-1996 図図 1 平行導体板両端短絡誘電体円柱試料平行導体板両端短絡誘電体円柱試料 5. 試験環境試験環境 特指定限，試験環境温度25±2，相対湿度 (50±10) %。 6. 装置及装置及 6.1 装置装置 装置構成例図図 2 示。高安定標準信号発生器（制御掃引発振器 望）出RF信号，電力分配器2分割，方基準信号 戻， 他方信号試料装着到達。 試料透過信号， 基準信号振幅比，縦軸透過減衰表，横軸周波数形上表示。 測定，透過電力振幅情報必要，位相情報不要。 TCF及tan温度依存性測定場合，測定温度±1制御恒温槽使用 。 図図 2 試験装置試験装置 6.2 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 4 R 1627-1996 6.2.1 tam 試験用試験用 tan試験用，2枚導体板2本結合励振構 成（図図 3 参照） 。2枚導体板，互平行保間隔調整可能 。 表表 1 導体板寸法材質示。導体板高導電率必要，表面粗 JIS B 0601 規定0.100µmRa以下。，導体板適宜研磨使用。 結合励振，特性50，素樹脂（）絶 縁同軸，直径3.58mm，2.20mm，1.20mm，試料高応使 分。結合励振先端，直径2mm程度形成，面導体板 面平行固定。2本結合励振互左右移動，間隔調整 構造。結合励振導体板直流的同電位，外導体導体板軽 接触構造。基準測定全透過測定，長上記 結合励振2本分長。 図図 3 tan 試験用試験用 表表 1 導体板寸法及材質導体板寸法及材質 項目 規定 直径 試験試料直径 34 倍程度 厚 35mm 材質 銀，銅又厚 5µm 以上銀施導体 6.2.2 TCF 及及 tan 温度依存性試験用温度依存性試験用 TCF及tan温度依存性試験用，6.2.1 装 置導体板抑構造。一例図図 4 示。 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 5 R 1627-1996 図図 4 TCF tan 温度依存性測定用温度依存性測定用 7. 標準試料導体板比導電率測定標準試料導体板比導電率測定 測定， 試験試料測定先立， 導体板比導電率 (r) 測定。 ，数日測定場合，試験試料測定先立毎日必標準試料用r測定 行。 (1) 標準試料標準試料 標準試料，直径等，一方高他方高整数倍（通常3倍）等一 組誘電体円柱試料使用（図図 5 参照） 。試料互tan等 ，試料端面軸垂直。，通常2個標準試料一誘電体円 柱切出工夫。 標準試料具体例表表 2 示。試料材質，tan及TCF小誘電体共振器材料，2個 試料間特性差小Al2O3単結晶用。 図図 5 導体板比導電率測定用標準試料導体板比導電率測定用標準試料 表表 2 標準試料寸法例共振周波数標準試料寸法例共振周波数 材質 共振 直径(mm) 高(mm)f0 (GHz) 38 TE011 10.0 4.7 7.035 (Zr, Sn)TiO4 TE013 10.0 14.1 7.035 30 TE011 10.0 4.7 7.914 Ba(Zn, Ta)O3 TE013 10.0 14.1 7.914 24 TE011 10.0 4.7 8.844 Ba(Mg, Ta)O3 TE013 10.0 14.1 8.844 9.4 TE011 10.0 5.0 13.554 Al2O3単結晶 （端面C 軸） TE013 10.0 15.0 13.554 (2) 測定条件測定条件 (a) 導体板表面，酸化膜発生場合，測定先立導体板表面化学研磨 剤鏡面研磨。 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 6 R 1627-1996 (b) 測定中2個標準試料同一温度保。 (3) 測定手順測定手順 (a) 図図 3 基準測定図図 2 試験装置接続，測定周波数範囲透過減衰表測 定，基準（全透過）。 (b) 高低方標準試料図図 3 試験導体板中央部置。，試料左右結合 間距離互等調整。 (c) 上部導体板静下，試料上面接触。，余分圧力導体板表面 損傷受注意。 (d) 画面上共振器TE011共振。試料 外径高比 (d/h) 1.82.3場合，低周波側数2番目鋭求 （図図 6 参照） 。，上部導体板試料離，低周波側 確認。 (e) 周波数掃引幅狭TE011共振上表示，試料結合 間隔調整，挿入損失 (IA0) 約30dB（図図 7 参照） 。共振周波数f01 (kHz) ，電力半値幅f1 (kHz) 及挿入損失IA01 (dB) 測定。 (f) 高l倍高方標準試料(c)(e)手順繰返，TE01l （l3場合TE013 ）共振周波数 (f0l) 電力半値幅fl測定。f0l，図図 5 高低標準試料TE01l 共振周波数 (f01) 一致，上部導体板試料離，低周波側 。 (g) 標準試料f01，f1，IA01，f1及IA0l測定複数回（例，5回）行，平均値算出 。 (h) 高低方標準試料直径d高h， JIS B 7502 規定用，1µm 精度測定。 図図 6 TE011共振出力波形（試験試料：共振出力波形（試験試料： 37.5，d8.0mm，h3.3mm） 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 7 R 1627-1996 図図 7 挿入損失挿入損失 (IA0) ，共振周波数，共振周波数 (f0) 及電力半値幅及電力半値幅 (f) (4) 導体板比導電率計算導体板比導電率計算 導体板比導電率，次手順計算。 (4.1) 高低標準試料比誘電率無負荷高低標準試料比誘電率無負荷 Q 高低標準試料比誘電率無負荷Q (Qu1) 次 手順算出，有効数字6以上求。 (a) 共振波長共振波長 01 0 f c =············································································································· (9) ， 0：共振波長 (m) f01：共振周波数 (Hz) c：真空中光速度 (c2.9979×108m/s) (b) 誘電体伝送線路伝播波長誘電体伝送線路伝播波長 g2h··············································································································· (10) ， g：誘電体伝送線路伝播波長 (m) h：標準試料高 (m) (c) v2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? =1 2 0 2 0 2 g d v ··················································································· (11) ， v2：比誘電率計算 d：標準試料直径 (m) (d) u 式(11)求v値次超越方程式代入，u値求。 )( )( )( )( 1 0 1 0 vK vK v uJ uJ u=·························································································· (12) ， u：比誘電率計算 K0 (v) ： 0次第2種変形関数 K1 (v) ： 1次第2種変形関数 J0 (u) ： 0次第1種関数 J1 (u) ： 1次第1種関数 任意v値対複数個u解存在， 求解，u01uu11範囲存在。 ，u01u11，J0 (u) 0J1 (u) 0満足1番目解。 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 8 R 1627-1996 (e) 比誘電率比誘電率 1)( 22 2 0 + ? ? ? ? ? ? ? ? =vu d ·················································································· (13) ， ：比誘電率 (f) 試料外部内部蓄電界比試料外部内部蓄電界比 )()()( )()()( )( )( 20 2 1 2 120 2 1 2 1 uJuJuJ vKvKvK vK uJ W ×=································································· (14) ， W：試料外部内部蓄電界 比（全電界試料内部集中W O） K2 (v) ： 2次第2種変形関数 J2 (u) ： 2次第1種関数 (g) 無負荷無負荷 Q 20 1 01 1 01 101 IA u f f Q = ······························································································ (15) ， Qu1：高低試料無負荷 Q f1：電力半値幅 (Hz) IA01：挿入損失 (4.2) 高高標準試料無負荷高高標準試料無負荷 Q 高高標準試料無負荷 Q ，次式算出，有効 数字 6 以上求。 20 0 01 101 IA i i ui f f Q = ······························································································ (16) ， Qui：高高試料無負荷 Q f0i：共振周波数 (Hz) fi：電力半値幅 (Hz) IA0i：挿入損失 (4.3) 導体板比導電率導体板比導電率 導体板比導電率，次手順算出，有効数字 3 求。 (a) 導体板表面抵抗導体板表面抵抗 導体板表面抵抗，次式算出。 ? ? ? ? ? ? ? ? + + ? ? ? ? ? ? ? ? = uiuc g s QQl l W W R 11 11 30 1 3 2 ···················································· (17) ， Rs：導体板表面抵抗（） (b) 導体板比導電率導体板比導電率 導体板比導電率，式(7)及式(8)導次式算出。 0 2 2 10825. 0 f Rs r ? ? ? ? ? ? ? ? × = ··················································································· (18) ，式(7)µ，導体板透磁率，導体板使用銅銀透磁率，真空透 磁率（4×107H/m）等。 ，f0共振周波数GHz単位表値。 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 9 R 1627-1996 8. 試験試料測定試験試料測定 8.1 試験試料試験試料 試料円柱形，上下面平行，軸垂直研磨。直径d ，520mm範囲，高h， (d/h) 比1.82.3範囲選。困難場合， 0.81.2範囲選。 8.2 手順手順 8.2.1 及及 tan 手順手順 (1) 図図 3基準測定図図 2試験装置接続，測定周波数範囲透過減衰表測定 ，基準（全透過）。 (2) 試料図図 3試験用導体板中央部置，試料左右結合間距離互等 調整。導体板7.(3)手順r求。 (3) 7.(3)(c)(e)手順，試料TE011共振周波数f0電力半値幅f測定。 (4) 試料直径d高h，JIS B 7502規定用，1µm精度測定。 8.2.2 TCF 測定手順測定手順 (1) 図図4試験用試料固定，TE011共振挿入損失 (IA0) 約30dB調整。 (2) 試験用及試料恒温槽入，試料温度基準温度Tref (24±3) 達後，TE011 共振周波fref測定。 (3) 恒温槽温度任意温度T設定，試料温度設定温度十分時間経過後， 温度TTE011共振周波数fr測定。 備考備考 測定誤差低減，恒温槽内相対湿度60%以下保。 ，槽内温度十分小。 8.2.3 tan 温度依存性手順温度依存性手順 8.2.1同様手順，所要温度範囲試料f0，f及IA0 測定。Qu湿度影響受，室温以下温度測定，恒温槽内相対湿度 60%以上留意。 8.3 計算計算 8.3.1 比誘電率比誘電率 比誘電率，次手順計算，有効数字6以上求。 (1) 共振波長共振波長 0 0 f c =············································································································ (19) ， 0：共振波長 (m) f0：共振周波数 (Hz) c：真空中光速度 (c2.9979×108m/s) (2) 誘電体伝送線路伝播波長誘電体伝送線路伝播波長 g2h··············································································································· (20) ， g：誘電体伝送線路伝播波長 (m) h：試験試料高 (m) (3) v2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? =1 2 0 2 0 2 g d v ·················································································· (21) ， v2：比誘電率計算 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 10 R 1627-1996 d：試験試料直径 (m) (4) u 式(21)求v値次超越方程式代入，u値求。 )( )( )( )( 1 0 1 0 vK vK v uJ uJ u=·························································································· (22) ， u：比誘電率計算 K0 (v)：0次第2種変形関数 K1 (v)：1次第2種変形関数 J0 (u)：0次第1種関数 J1 (u)：1次第1種関数 任意v値対複数個u解存在，求解，u01uu11範囲存在。 ，u01u11，J0 (u) 0J1 (u) 0満足1番目解。 (5) 比誘電率比誘電率 1)( 22 2 0 + ? ? ? ? ? ? ? ? =vu d ·················································································· (23) ， ：比誘電率 8.3.2 tan (1) 試料外部内部蓄電界比試料外部内部蓄電界比 )()()( )()()( )( )( 20 2 1 2 120 2 1 2 1 uJuJuJ vKvKvK vK uJ W ×=································································· (24) ， W：試料外部内部蓄電界比 （全電界試料内部集中W0 ） 。 K2 (v)：2次第2種変形関数 J2 (u)：2次第1種関数 (2) 無負荷無負荷 Q 20 0 0 101 IA u f f Q = ································································································ (25) ， Qu：無負荷Q f0：共振周波数 (Hz) f：電力半値幅 (Hz) IA0：挿入損失 (3) tan r u B Q A =tan···························································································· (26) ， r：導体板比導電率 ， += W A1····························································································· (27) 0 0 2 3 0 30 1 µ fW B g × + ? ? ? ? ? ? ? ? =············································································ (28) ， 05.800×107S/m µµ04×107H/m。 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 11 R 1627-1996 8.3.3 TCF TCF，次式算出。 6 10 1 × ×= ref refT ref TT ff f TCF(ppm/K)······························································ (29) ， Tref：基準温度 fref：Tref共振周波数 T：測定任意温度 fT：T共振周波数 8.3.4 tan 温度依存性温度依存性 任意温度測定f0，f及IA0用，8.3.2示手順 各温度tan計算。 ，r各測定温度値用必要。標準試料用各測定温度導 体板r求，通常基準温度r求，導体板用金属標準的導 電率温度係数近似的適用。 導体板純銅用場合，国際標準軟銅導電率温度依存性次式与。 )(1093. 31 )( 3 ref r r TT T ×+ = (T100K)·················································· (30) 導体板純銀用場合，次導電率温度依存性用。 )(1008. 41 )( 3 ref r r TT T ×+ = (T100K)·················································· (31) 9. 記録記録 試験結果記録，次事項記載。 (1) 試験試料記号 (2) 試験試料寸法 (3) 試験条件（温度，湿度） (4) 電気特性 (a) 測定周波数 (b) 比誘電率 (c) 誘電正接 (d) 共振周波数温度係数 (e) tan温度依存性（，必要場合限。 ） 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载 12 R 1627-1996 波用誘電特性試験方法 原案作成委員会 構成表 氏名 所属 （委員長） 小 林 禧 夫 埼玉大学 （委員） 加賀田 博 司 松下電器産業株式会社 田 村 博 株式会社村田製作所 三 浦 太 郎 TDK株式会社 中 山 明 京株式会社 鵜 澤 幸 一 住友金属鉱山株式会社 椿 淳一郎 名古屋大学 山 本 英 夫 創価大学 西 條 豊 株式会社堀場製作所 竹 内 和 株式会社島津製作所 大 角 道 夫 株式会社企業 田 中 大 介 日清製粉株式会社 松 尾 康 史 日本特殊陶業株式会社 依 田 晴 行 株式会社村田製作所 内 藤 牧 男 財団法人 平 野 正 樹 通商産業省生活産業局室 岡 林 哲 夫 工業技術院標準部繊維化学規格課 加 山 英 男 財団法人日本規格協会 菅 野 隆 志 国際標準化推進協議会 卯 木 稔 社団法人日本協会 （事務局） 杉 本 克 晶 社団法人日本協会 備考備考 印小委員会委員兼。 文責 原案作成小委員会 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 免费标准网( w w w . f r e e b z . n e t ) 无需注册 即可下载