RU152937U1

RU152937U1 - DEVICE FOR MEASURING ELECTROMAGNETIC RESPONSE FROM FLAT-PARALLEL PLATES IN MILLIMETER RANGE

Info

Publication number: RU152937U1
Application number: RU2014140043/28U
Authority: RU
Inventors: Игорь Владиленович Минин; Олег Владиленович Минин
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2015-06-27

Abstract

1. Устройство для измерения электромагнитного отклика от плоскопараллельных пластин в миллиметровом диапазоне, содержащее блок генерации и индикации СВЧ сигнала (БГИ), два линзовых волновода, образованных соответственно линзами L1, L3 и L2, L4, излучающий рупор 2, расположенный в передней фокальной плоскости линзы L1, и принимающий рупор 3, расположенный в задней фокальной плоскости линзы L2, диафрагму 4, выполненную из радиопоглощающего материала, фокусирующую линзу L3, расположенную в передней фокальной плоскости L1, и фокусирующую линзу L4, расположенной в передней фокальной плоскости линзы L2, при этом диафрагма расположена в заднем фокусе относительно линзы L3 и в переднем фокусе относительно линзы L4, отличающееся тем, что фокусирующие линзы L1, L2, L3 и L4 каждого волновода выполнены в виде плоских фазоинверсных дифракционных оптических элементов соответствующего диапазона и при этом размер диафрагмы выбирается не более 2 диаметров области фокусировки излучения на образце, а расстояние между парами линз (L1, L3) и (L2, L4) каждого линзового волновода выбирается в диапазоне от 70 до 100 длин волн используемого излучения.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дифракционные оптические элементы линзового волновода L1, L2, L3 и L4 выполняются на поверхности вращения второго порядка, например параболе, сфере или конусе.1. A device for measuring the electromagnetic response from plane-parallel plates in the millimeter range, comprising a microwave signal generation and indication unit (BIG), two lens waveguides formed by lenses L1, L3 and L2, L4, respectively, emitting a horn 2 located in the front focal plane of the lens L1, and a receiving horn 3 located in the rear focal plane of the lens L2, a diaphragm 4 made of radar absorbing material, a focusing lens L3 located in the front focal plane L1, and a focusing lens L4 located which is located in the front focal plane of the lens L2, the diaphragm being located in the rear focus relative to the lens L3 and in the front focus relative to the lens L4, characterized in that the focusing lenses L1, L2, L3 and L4 of each waveguide are made in the form of flat phase-inverted diffraction optical elements of the range and the diaphragm size is selected no more than 2 diameters of the radiation focusing area on the sample, and the distance between the lens pairs (L1, L3) and (L2, L4) of each lens waveguide is selected in the range from 70 to 100 lengths ln used izlucheniya.2. The device according to claim 1, characterized in that the diffractive optical elements of the lens waveguide L1, L2, L3 and L4 are performed on a second-order surface of revolution, for example, a parabola, sphere or cone.

Description

Полезная модель относится к устройствам измерения высокочастотных электромагнитных параметров на основе метода свободного пространства и рупорных антенн.The utility model relates to devices for measuring high-frequency electromagnetic parameters based on the free space method and horn antennas.

Известна установка ФАС-0.5 разработки ВНИИРИ, выполненная в виде линии передачи электромагнитной энергии в свободном пространстве, состоящую из передающего и приемного фокусирующего устройства, в совмещенном фокусе которых (в фокальном пятне) размещается плоский исследуемый образец (Налбалдян U.C. и др. Изучение свойств материалов на СВЧ в особых условиях // В сб.: методы и средства измерений электромагнитных характеристик материалов на ВС и СВЧ, тезисы докл. 6 всес. Н-т конференции, 29-30 мая 1987, Новосибирск, НИИ Метрологии, с. 92-93).The FAS-0.5 installation of the VNIIRI design is known, made in the form of an electromagnetic energy transmission line in free space, consisting of a transmitting and receiving focusing device, in the combined focus of which (in the focal spot) a flat sample is placed (Nalbaldyan UC, etc.). Studying the properties of materials on Microwave in special conditions // In: Methods and Means of Measuring the Electromagnetic Characteristics of Materials on the Armed Forces and Microwave, Abstracts of the report 6th All-Union Conference, May 29-30, 1987, Novosibirsk, Research Institute of Metrology, pp. 92-93) .

Недостатком устройства является то, что фокусирующие устройства выполнены в виде зеркальных параболических антенн, в ближнем фокусе которых размещен соответственно излучатель и приемник излучения. Поскольку система является зеркальной, то приемник и излучатель экранируют часть поверхности фокусирующих зеркал, что приводит к уменьшению коэффициента использования СВЧ излучения и появлению дополнительных дифракционных потерь.The disadvantage of this device is that the focusing device is made in the form of mirror parabolic antennas, in the near focus of which is placed respectively the emitter and the radiation receiver. Since the system is a mirror system, the receiver and emitter screen part of the surface of the focusing mirrors, which leads to a decrease in the utilization of microwave radiation and the appearance of additional diffraction losses.

Известно устройство измерения параметров плоских диэлектрических структур в свободном пространстве, состоящая из блока генерации и индикации СВЧ сигнала, облучателя в виде СВЧ рупора, расположенного в передней фокальной плоскости диэлектрической линзы, фокус которой (задняя фокальная плоскость) совмещен с приемной диэлектрической линзой, сигнал с которой снимается приемным рупором (D.К. Ghodgaonkar, V.V. Varadan, and V.К. Varadan, A free-space method for measurement of dielectric constants and loss tangents at microwave frequencies,” IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 37, no. 3, pp. 789-793, Jun. 1989. См. так же: Free Space Measurement Systems. 2011 Microwave Measurement Systems, LLC. http://www.mmstech.com/free-space-systems.aspx).A known device for measuring the parameters of flat dielectric structures in free space, consisting of a unit for generating and indicating a microwave signal, an irradiator in the form of a microwave horn located in the front focal plane of a dielectric lens, whose focus (rear focal plane) is aligned with the receiving dielectric lens, the signal with which removed by a receiving horn (D.K. Ghodgaonkar, VV Varadan, and V.K. Varadan, A free-space method for measurement of dielectric constants and loss tangents at microwave frequencies, ”IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 37, no. 3, pp. 789-793, Jun. 1989. See also: Free Space Measurement Systems. 2011 M icrowave Measurement Systems, LLC. http://www.mmstech.com/free-space-systems.aspx).

Недостатками известного устройства являются:The disadvantages of the known device are:

1) Использование в качестве фокусирующего устройства диэлектрической линзы, толщина D₀ которой в миллиметровом диапазоне составляет десятки длин волн λ, а, следовательно, величина потерь электромагнитной энергии в материале линзы очень высока. Так, тепловые потери в линзе определяются в первую очередь величиной тангенса угла потерь tgδ исходного диэлектрика и его толщиной. Поскольку линза неравномерна по толщине, то поглощение в ней зависит еще и от распределения поля. Например, величина тепловых потерь a_h на одиночной линзе для волн ТЕМ_mn определяется следующим выражением:1) The use of a dielectric lens as a focusing device, the thickness D _{0 of} which in the millimeter range is tens of wavelengths λ, and, consequently, the magnitude of the electromagnetic energy loss in the lens material is very high. Thus, the heat loss in the lens is determined primarily by the value of the tangent of the loss angle tanδ of the initial dielectric and its thickness. Since the lens is uneven in thickness, the absorption in it also depends on the field distribution. For example, the value of heat loss a _h on a single lens for TEM waves _mn is determined by the following expression:

(ДБ),

(Db)

где D₀ -максимальная толщина линз, k=2π/λ, ε - диэлектрическая проницаемость материала линзы, m, n - целые числа. В миллиметровом диапазоне длин волн потери на поглощение еще больше, поскольку в этом диапазоне практически все диэлектрические материалы имеют значительный тангенс угла потерь.where D _{0 is the} maximum thickness of the lenses, k = 2π / λ, ε is the dielectric constant of the lens material, m, n are integers. In the millimeter wavelength range, absorption losses are even greater, since in this range almost all dielectric materials have a significant loss tangent.

2) Кроме того, выполнение условия обеспечения плоского фронта волны приводит к существенному снижению уровня принимаемого сигнала и сужению динамического диапазона метода, не позволяющему проводить достоверные исследования материалов с большими электродинамическими потерями.2) In addition, the fulfillment of the condition for ensuring a plane wave front leads to a significant decrease in the level of the received signal and narrowing of the dynamic range of the method, which does not allow reliable studies of materials with large electrodynamic losses.

Известны измерительные системы на основе линзовых рупорных антенн (EP 0810686 A2; WO 2002050954 A2). В первом случае (EP 0810686) используется открытая линзовая антенна, которая содержит конический рупор и линзу, закрепленную в полости антенны. Линза имеет плоскую внешнюю поверхность на стороне, обращенной к свободному пространству, и форму гиперболоида вращения на внутренней стороне, противоположной свободному пространству. Линза выполнена из диэлектрического материала с относительной диэлектрической проницаемостью в пределах от 2 до 4 относительных единиц и вставлена в полость рупора. Линза выполнена с цилиндрической частью, которая имеет вторую плоскую поверхность, параллельную первой плоской поверхности и смещенную от первой плоскости на заданное расстояние. Данное решение служит для эффективного снижения помех, вызванных переотражением электромагнитных волн внутри рупорной антенны. Во втором случае (WO 2002050954) рупорная антенна представляет собой рупор с малым выходным отверстием и высоким коэффициентом усиления. В рупорные антенны включаются диэлектрические линзы для фокусировки и направления электромагнитного сигнала к поверхности исследуемого материала. Электромагнитная энергия, отраженная от поверхности материала, поступает в рупорную антенну и преобразуется в электрический сигнал. Далее электрический сигнал обрабатывается, чтобы определить расстояние до материала, его толщину и свойства.Known measuring systems based on lens horn antennas (EP 0810686 A2; WO 2002050954 A2). In the first case (EP 0810686) an open lens antenna is used, which contains a conical horn and a lens fixed in the cavity of the antenna. The lens has a flat outer surface on the side facing the free space, and the shape of a rotation hyperboloid on the inner side opposite to the free space. The lens is made of a dielectric material with a relative permittivity in the range of 2 to 4 relative units and is inserted into the speaker cavity. The lens is made with a cylindrical part, which has a second flat surface parallel to the first flat surface and offset from the first plane by a predetermined distance. This solution serves to effectively reduce interference caused by re-reflection of electromagnetic waves inside the horn antenna. In the second case (WO2002050954), the horn antenna is a horn with a small outlet and a high gain. Horn antennas incorporate dielectric lenses for focusing and directing the electromagnetic signal to the surface of the test material. Electromagnetic energy reflected from the surface of the material enters the horn antenna and is converted into an electrical signal. Next, an electrical signal is processed to determine the distance to the material, its thickness and properties.

Основным недостатком рассмотренных известных технических решений является то, что в качестве фокусирующего устройства используются диэлектрические линзы, толщина D₀ каждой из которых в миллиметровом диапазоне составляет десятки и более длин волн и следовательно, величина потерь электромагнитной энергии в материале линзы очень высока. Кроме того, в известных устройствах обеспечивается низкий динамический диапазон системы, не позволяющий измерять электромагнитные параметры материалов с большими потерями.The main disadvantage of the known technical solutions considered is that dielectric lenses are used as the focusing device, the thickness D _{0 of} each of which in the millimeter range is tens or more wavelengths and, consequently, the magnitude of the electromagnetic energy loss in the lens material is very high. In addition, in the known devices provides a low dynamic range of the system, not allowing to measure the electromagnetic parameters of materials with high losses.

Наиболее близко к данному изобретению, взятого за прототип, устройство для измерения электромагнитного отклика от плоскопараллельных пластин в СВЧ диапазоне, содержащее блок генерации и индикации СВЧ сигнала (БГИ), излучающий рупор 2, расположенный в передней фокальной плоскости линзы L1, и принимающий рупор 3, расположенный в задней фокальной плоскости линзы L2, диафрагму 4, выполненную из радиопоглощающего материала с радиусом, соответствующим первой зоне Френеля, фокусирующую линзу L3, расположенную в передней фокальной плоскости L1, и фокусирующую линзу L4, расположенной в передней фокальной плоскости линзы L2, при этом диафрагма расположена в заднем фокусе относительно линзы L3 и в переднем фокусе относительно линзы L4 (Патент на полезную модель №138600, МПК G01R 27/26, Опубликовано: 20.03.2014, Бюл. №8).Closest to this invention, taken as a prototype, a device for measuring the electromagnetic response from plane-parallel plates in the microwave range, containing a unit for generating and indicating a microwave signal (BIG), emitting a speaker 2, located in the front focal plane of the lens L1, and receiving the speaker 3, located in the rear focal plane of the lens L2, a diaphragm 4 made of radar absorbing material with a radius corresponding to the first Fresnel zone, a focusing lens L3 located in the front focal plane L1, and the foc an intensifying lens L4 located in the front focal plane of the lens L2, while the diaphragm is located in the back focus relative to the lens L3 and in the front focus relative to the lens L4 (Utility Model Patent No. 138600, IPC G01R 27/26, Published: 03.20.2014, Bull . No. 8).

В данном устройстве расширен динамический диапазон с помощью линзового волновода, состоящего из двух пар диэлектрических линз. Применение дополнительных фокусирующих диэлектрических линз позволяет сконцентрировать пучок на исследуемом образце, повышая тем самым уровень СВЧ сигнала, чем обеспечивается увеличение уровня мощности для исследования материалов с большими потерями.In this device, the dynamic range is expanded using a lens waveguide, consisting of two pairs of dielectric lenses. The use of additional focusing dielectric lenses makes it possible to concentrate the beam on the sample under study, thereby increasing the level of the microwave signal, thereby increasing the power level for studying materials with large losses.

1) Использование в качестве фокусирующих устройств диэлектрических линз, толщина каждой из которых в миллиметровом диапазоне составляет десятки длин волн, и, следовательно, величина потерь электромагнитной энергии в материале линзы и линзовом волноводе в целом очень высока.1) The use of dielectric lenses as focusing devices, the thickness of each of which in the millimeter range is tens of wavelengths, and, consequently, the magnitude of the electromagnetic energy loss in the lens material and the lens waveguide as a whole is very high.

2) Размер диафрагмы равен первой зоне Френеля, а при сфокусированном на образце пучке (с целью выявления локальных неоднородностей, которые могут проявиться в процессе изготовления или эксплуатации и уменьшения предельных геометрических размеров измеряемых плоскопараллельных образцов) необходим размер диафрагмы существенно меньше - порядка размера области фокусировки.2) The size of the aperture is equal to the first Fresnel zone, and when the beam is focused on the sample (in order to identify local inhomogeneities that may occur during manufacturing or operation and reduce the geometrical dimensions of the measured plane-parallel samples), the size of the aperture is much smaller - on the order of the size of the focusing area.

3) Практическая реализация устройства, выбранного в качестве прототипа, по его описанию крайне затруднена, поскольку отсутствует такая важная характеристика, как расстояние между линзами волновода, необходимая для эффективной работы линзового волновода и формирования плоского волнового фронта между линзами. При малом расстоянии между линзами плоский волновой фронт не будет сформирован и линзовый волновод будет не работоспособен, при большом расстоянии между линзами увеличиваются продольные габариты устройства и растут потери СВЧ энергии при распространении между линзами.3) The practical implementation of the device selected as a prototype, according to its description is extremely difficult, because there is no such important characteristic as the distance between the waveguide lenses necessary for the effective operation of the lens waveguide and the formation of a plane wave front between the lenses. With a small distance between the lenses, a flat wavefront will not be formed and the lens waveguide will not work, with a large distance between the lenses, the longitudinal dimensions of the device increase and the loss of microwave energy during propagation between the lenses increases.

Задачей предполагаемой полезной модели является улучшение эффективности фокусировки линзового волновода при улучшении пространственного разрешения в фокальном пятне.The objective of the proposed utility model is to improve the focusing efficiency of the lens waveguide while improving the spatial resolution in the focal spot.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для измерения электромагнитного отклика от плоскопараллельных пластин в миллиметровом диапазоне, как и прототип, содержит блок генерации и индикации СВЧ сигнала (БГИ), излучающий рупор 2, расположенный в передней фокальной плоскости линзы L1, и принимающий рупор 3, расположенный в задней фокальной плоскости линзы L2, диафрагму 4, выполненную из радиопоглощающего материала, фокусирующую линзу L3, расположенную в передней фокальной плоскости L1, и фокусирующую линзу L4, расположенной в передней фокальной плоскости линзы L2, при этом диафрагма расположена в заднем фокусе относительно линзы L3 и в переднем фокусе относительно линзы L4. Новым является то, что фокусирующие линзы LI, L2, L3 и L4 волновода выполнены в виде плоских дифракционных оптических элементов соответствующего диапазона и при этом размер диафрагмы выбирается не более 2 диаметров области фокусировки излучения на образце, а расстояние между парами линз линзового волновода составляет от 70 до 100 длин волн используемого излучения. Кроме того, дифракционные оптические элементы линзового волновода выполняются на поверхности вращения второго порядка, например, параболе, сфере или конусе.The problem is achieved in that in the device for measuring the electromagnetic response from plane-parallel plates in the millimeter range, like the prototype, it contains a microwave signal generation and indication unit (BIG) emitting a speaker 2 located in the front focal plane of the lens L1 and receiving a speaker 3 located in the rear focal plane of the lens L2, a diaphragm 4 made of radar absorbing material, a focusing lens L3 located in the front focal plane L1, and a focusing lens L4 located in the front the focal plane of the lens L2, while the aperture is located in the rear focus relative to the lens L3 and in the front focus relative to the lens L4. What is new is that the focusing lenses LI, L2, L3, and L4 of the waveguide are made in the form of flat diffraction optical elements of the corresponding range, and the diaphragm size is selected no more than 2 diameters of the focusing area of radiation on the sample, and the distance between the pairs of lens waveguide lenses is from 70 up to 100 wavelengths of radiation used. In addition, the diffractive optical elements of the lens waveguide are performed on a second-order surface of revolution, for example, a parabola, sphere or cone.

Полезная модель поясняется чертежами. Фиг. 1 - схема устройства для измерения электромагнитного отклика от плоскопараллельных пластин в миллиметровом диапазоне. Фиг. 2 - образец линзового волновода, состоящего из двух плоских фазоинверсных дифракционных оптических элементов, расположенных на расстоянии между собой в 100 длин волн используемого излучения. Фиг. 3 - образец линзового волновода, состоящего из двух фазоинверсных дифракционных оптических элементов, выполненных на параболической поверхности.The utility model is illustrated by drawings. FIG. 1 is a diagram of a device for measuring the electromagnetic response from plane-parallel plates in the millimeter range. FIG. 2 - a sample of a lens waveguide consisting of two flat phase-inverted diffractive optical elements located at a distance of 100 wavelengths of radiation used between them. FIG. 3 - a sample of a lens waveguide, consisting of two phase-inverted diffractive optical elements made on a parabolic surface.

На Фиг. 1 обозначены: 1 блок генерации и индикации (БГИ), 2 - излучающая антенна, расположенная в переднем фокусе линзы L1, L3 - фокусирующая линза первого линзового волновода, 5 - исследуемый образец, закрепленный на диафрагме 4. Линзы L4 и L2 второго линзового волновода, 3 - приемная антенна, расположенная в задней фокальной плоскости линзы L2.In FIG. 1 designates: 1 generation and indication unit (BIG), 2 - a radiating antenna located in the front focus of the lens L1, L3 - the focusing lens of the first lens waveguide, 5 - the test sample, mounted on the diaphragm 4. Lenses L4 and L2 of the second lens waveguide, 3 - receiving antenna located in the rear focal plane of the lens L2.

Заявляемое устройство работает следующим образом. СВЧ сигнал из блока генерации и индикации поступает на излучающую антенну 2, расположенную в переднем фокусе линзы L1 (см. фиг. 1). Линза L1 формирует плоский фронт электромагнитной волны, падающий на фокусирующую линзу L3. Сфокусированная электромагнитная волна падает на исследуемый образец 5, закрепленный на диафрагме 4, выполненной из радиопоглощающего материала. Диафрагма расположена в заднем фокусе относительно линзы L3 и в переднем фокусе относительно линзы L4. Прошедшая через образец мощное СВЧ излучение поступает на линзу L4. Плоский фронт электромагнитной волны, сформированный линзой L4, падает па линзу L2, фокусирующую электромагнитную энергию в приемную антенну 3, расположенную в задней фокальной плоскости линзы L2. СВЧ сигнал с приемной антенны 3 поступает в блок генерации и индикации.The inventive device operates as follows. The microwave signal from the generation and indication unit is fed to a radiating antenna 2 located in the front focus of the lens L1 (see Fig. 1). Lens L1 forms a flat front of the electromagnetic wave incident on the focusing lens L3. A focused electromagnetic wave is incident on the test sample 5, mounted on a diaphragm 4 made of radar absorbing material. The aperture is located in the back focus relative to the lens L3 and in the front focus relative to the lens L4. The high-power microwave radiation transmitted through the sample is fed to the L4 lens. The flat front of the electromagnetic wave formed by the lens L4 falls onto the lens L2 focusing the electromagnetic energy into the receiving antenna 3 located in the rear focal plane of the lens L2. The microwave signal from the receiving antenna 3 enters the generation and display unit.

Выполнение фокусирующих диэлектрических линз в виде фазоинверсных дифракционных оптических элементов позволяет существенно уменьшить толщину диэлектрика материала линзы, которая становится порядка длины волны излучения, повышая тем самым уровень СВЧ сигнала на исследуемом образце, чем обеспечивается необходимое увеличение уровня мощности для исследования материалов с большими потерями. Кроме того, толщина дифракционного оптического элемента не зависит от его диаметра. Так, например, для частоты 38 ГГц гиперболическая линза имеет толщину 45.2 мм, фазоинверсный дифракционный оптический элемент - 11.3 мм (фокусное расстояние 180 мм, диаметр 190 мм). Для диапазона частот 140 ГГц при диаметре линзы 200 мм с фокусным расстоянием 200 мм, толщина сферической диэлектрической линзы из полистирола составляет 54.5 мм, гиперболической линзы 40 мм, а дифракционного оптического элемента - всего 5 мм, то есть почти в 10 раз меньше. Кроме того, дифракционные оптические элементы значительно легче линз.The implementation of focusing dielectric lenses in the form of phase-inverted diffraction optical elements can significantly reduce the thickness of the dielectric of the lens material, which becomes of the order of the radiation wavelength, thereby increasing the level of the microwave signal on the sample, which provides the necessary increase in the power level for studying materials with large losses. In addition, the thickness of the diffractive optical element does not depend on its diameter. So, for example, for a frequency of 38 GHz, a hyperbolic lens has a thickness of 45.2 mm, a phase-inverted diffraction optical element is 11.3 mm (focal length 180 mm, diameter 190 mm). For a frequency range of 140 GHz with a lens diameter of 200 mm with a focal length of 200 mm, the thickness of a spherical dielectric polystyrene lens is 54.5 mm, the hyperbolic lens is 40 mm, and the diffractive optical element is only 5 mm, i.e. almost 10 times less. In addition, diffractive optical elements are much lighter than lenses.

Конструктивное выполнение фокусирующих диэлектрических линз в виде дифракционных оптических элементов обеспечивает фокусировку излучения на образце в область с размерами, не превышающими дифракционного предела (1.22λB/D, здесь λ длина волны используемого излучения, B и D соответственно расстояние от поверхности дифракционного оптического диапазона до точки фокусировки и его радиус), поскольку такие дифракционные оптические элементы являются дифракционно-ограниченными фокусирующими системами, что существенно снижает дифракционные эффекты, неизбежные при малых размерах образца для выявления локальных неоднородностей. Экспериментально установлено, что наиболее оптимальный при этом размер диафрагмы составляет не более 2 диаметров области фокусировки излучения на образце (или величины порядка 5λ).The constructive implementation of focusing dielectric lenses in the form of diffractive optical elements provides focusing of radiation on the sample to a region with dimensions not exceeding the diffraction limit (1.22λB / D, here λ is the wavelength of the radiation used, B and D, respectively, the distance from the surface of the diffraction optical range to the focus point and its radius), since such diffractive optical elements are diffraction-limited focusing systems, which significantly reduces the diffraction effects objects that are inevitable with small sample sizes to detect local inhomogeneities. It was experimentally established that the most optimal aperture size is not more than 2 diameters of the focusing area of radiation on the sample (or of the order of 5λ).

При выборе расстояния между парами линз линзового волновода, выполненных в виде фазоинверсных дифракционных оптических элементов в диапазоне от 70 до 100 длин волн используемого обеспечивается фокусировка излучения с разрешением не более дифракционного предела и минимальных габаритах. При уменьшении расстояния между парами линз возрастают уровни боковых лепестков и уменьшается эффективность фокусировки. При увеличении указанного диапазона сильно возрастают продольные габариты устройства.When choosing the distance between the pairs of lenses of the lens waveguide, made in the form of phase-inverted diffractive optical elements in the range from 70 to 100 wavelengths used, focusing of radiation is ensured with a resolution of no more than the diffraction limit and minimum dimensions. As the distance between the pairs of lenses decreases, the levels of the side lobes increase and the focusing efficiency decreases. With an increase in the indicated range, the longitudinal dimensions of the device increase significantly.

Выполнение фокусирующих диэлектрических линз линзового волновода на поверхности вращения второго порядка, например, параболе, сфере или конусе, позволяет увеличить коэффициент использования падающей СВЧ мощности, поскольку на криволинейной поверхности укладывается большее число зон Френеля N, чем на плоской поверхности, а их коэффициент усиления G пропорционален квадрату числа зон Френеля на поверхности дифракционного оптического элемента (Hristo Hristov. Fresnel zones in wireless links, zone plate lenses and antennas // Artech House, Boston-London, 2000, p. 165):The implementation of the focusing dielectric lenses of the lens waveguide on the second-order surface of rotation, for example, a parabola, sphere or cone, makes it possible to increase the utilization factor of the incident microwave power, since more Fresnel zones N are laid on a curved surface than on a flat surface, and their gain G is proportional the square of the number of Fresnel zones on the surface of a diffractive optical element (Hristo Hristov. Fresnel zones in wireless links, zone plate lenses and antennas // Artech House, Boston-London, 2000, p. 165):

G~N²+1G ~ N ² +1

Техническим результатом является расширение области применения устройства на материалы с большими потерями, уменьшение предельных геометрических размеров плоскопараллельных образцов исследуемых материалов и повышение точностиThe technical result is to expand the scope of the device to materials with large losses, reducing the limiting geometric dimensions of plane-parallel samples of the studied materials and increasing accuracy

Claims

1. A device for measuring the electromagnetic response from plane-parallel plates in the millimeter range, comprising a microwave signal generation and indication unit (BIG), two lens waveguides formed by lenses L1, L3 and L2, L4, respectively, emitting a horn 2 located in the front focal plane of the lens L1, and a receiving horn 3 located in the rear focal plane of the lens L2, a diaphragm 4 made of radar absorbing material, a focusing lens L3 located in the front focal plane L1, and a focusing lens L4 located which is located in the front focal plane of the lens L2, the diaphragm being located in the rear focus relative to the lens L3 and in the front focus relative to the lens L4, characterized in that the focusing lenses L1, L2, L3 and L4 of each waveguide are made in the form of flat phase-inverted diffraction optical elements of the range and the diaphragm size is selected no more than 2 diameters of the radiation focusing area on the sample, and the distance between the lens pairs (L1, L3) and (L2, L4) of each lens waveguide is selected in the range from 70 to 100 lengths ln the radiation used.

2. The device according to claim 1, characterized in that the diffractive optical elements of the lens waveguide L1, L2, L3 and L4 are performed on a second-order surface of revolution, for example, a parabola, sphere or cone.