RU1800333C

RU1800333C - Способ определени диэлектрической проницаемости и устройство дл его осуществлени

Info

Publication number: RU1800333C
Application number: SU904854651A
Authority: RU
Inventors: Валентин Евгеньевич Буданов; Николай Леонидович Евич; Николай Николаевич Суслов
Original assignee: Институт Проблем Машиностроения Ан Усср
Priority date: 1990-08-01
Filing date: 1990-08-01
Publication date: 1993-03-07

Abstract

Использование: изобретение может быть использовано дл измерени действительной части диэлектрической проницаемости материалов. Сущность изобретени : способ определени диэлектрической проницаемости материала включает облучение испытуемого диэлектрика электромагнитным полем с помощью двухплечего излучател , изменение разности фаз полей в плечах излучател , измерение амплитуды прошедшей волны. Измен ют длину плечей и-разность фаз в плечах пропорционально их длине, получают зависимость амплитуды прошедшей волны от длины плеча, по которой определ ют величину периода следовани нулей амплитуды, а значение диэлектрической проницаемости определ ют из соотношени : Ј Ao/Sin2 Q (Л---Д-)2 , где . b Q - угол наблюдени , Я 0 , Я ь - длина волны в свободном пространстве и в излучателе соответственно; Д - период следовани нулей амплитуды. В устройстве, реализующем способ , каждый излучатель выполнен в виде диэлектрического волновода и пары расположенных в одной плоскости пр моугольных металлических пластин установленных с зазором по отношению к волноводу, при этом большие кромки пластин параллельны волноводу, одна из пластин жестко закреплена , друга пластина установлена с возможностью перемещени вдоль оси диэлектрического волновода и жестко св зана с последним, пара металлических пластин второго излучател размещена в той же плоскости , что и пластины первого, подвижна пластина первого излучател контактирует большей кромкой с большей кромкой неподвижной пластины второго излучател , а неподвижна пластина первого - с неподвижной второго, причем меньшие кромки неподвижных пластин расположены вдоль одной пр мой. 2 с.п. ф-лы, 4 ил. ел с со о о CJ со со

Description

Изобретение относитс к технике измерений в диапазоне миллиметровых и субмиллиметровых волн и может быть использовано дл измерений действительной части диэлектрической проницаемости материалов.

Цель изобретени - повышение точности измерений в диапазоне миллиметровых и субмиллиметровых волн.

Поставленна цель достигаетс тем. что в известном способе определени диэлектрической проницаемости, заключающемс в облучении испытуемого диэлектрика электромагнитным полем посредством двухпле- чевого излучател , изменении разности фаз полей в плечах излучател и измерении ам- плитуды прошедшей волны, одновременно измен ют длину плечей и разность фаз в

плечах пропорционально их длине, получают зависимость амплитуды прошедшего сигнала от длины плеча, по полученной зависимости определ ют величину периода следовани нулей амплитуды и величину диэлектрической проницаемости определ ют из соотношени :

( 1 1 (утг)

контролируемом диэлектрике, занимающем область у 0, этот излучатель формирует поле, нормированна диаграмма направленности которого в плоскости z 0 имеет вид

Я0

/F(0)/

()-

А

7t(4±-Ves ne)

Т7

где Я о Длина волны в вакууме;

Яь - длина волны в диэлектрическом

волноводе;

Д- период следовани нулей амплитуды;

в- угол, отсчитываемый от нормали к излучателю до направлени на приемник.

Поставленна цель достигаетс также тем, что в известном устройстве, содержащем приемник, измерительный прибор, генератор СВЧ, соединенный с делителем мощности, к выходам которого подключены волноводные излучатели, каждый из по- следних выполнен в виде диэлектрического волновода и пары расположенных в одной плоскости пр моугольных металлических пластин, установленных с зазором по отношению к диэлектрическому волноводу, при этом большие кромки пластин параллельны волноводу, одна из пластин жестко закреплена , друга установлена с возможностью перемещени вдоль оси диэлектрического волновода и жестко св зана с последним, пара металлических пластин второго излучател размещена в той же плоскости, что и пластина первого излучател , подвижна пластина первого излучател контактирует своей большей кромкой с большей кромкой неподвижной пластины второго излучател , а неподвижна пластина первого - с подвижной второго, причем меньшие кромки неподвижных пластин расположены вдоль одной пр мой.

Изобретение по сн етс фиг.1-4.

На фиг.1 схематически изображен двух- плечий излучатель, реализующий данный способ.

Излучатель состоит из двух плечей:

{-d х 0

у 0 и

{0 х d, у 0,

каждое из которых возбуждаетс токами, зави- 55 симость от х которых в плоскости у 0 имеет

,. 1 л - вид дл первого плеча j 1 exp (i х )и

дл второго j 2 exp i ( х - 2 d ) . В

COS л(- + 0) ,

где d - длина плеча антенны;

0-угол наблюдени , отсчитываемый от нормали к излучателю до направлени на приемник;

Я о - длина волны в свободном пространстве;

Я ь - длина волны в волноводе;

Е- диэлектрическа проницаемость.

Сигнал, наблюдаемый под углом 0 , может быть представлен в виде произведени двух функций, одна из которых нормированна диаграмма направленности излучател , а друга - функци , пропорциональна мощности, излучаемой в диэлектрик. Измен d от 0 до величины в несколько длин волн, получим квазипериодическую функцию по d, положени нулей которой An при условии

( )-т ЛГ81п0()

v Яь Я0v Яь

где d - предельный размер плеча излучател , определ етс выражением

An Я0 (-21-+ п ) ( (9) 1

где п 0,1,2,..., откуда легко получаетс выражение дл Е , приводимое в формуле изобретени .

Условие, налагаемое на диапазон углов 0 , при которых необходимо производить измерени , есть ничто иное, как требование необращени в нуль множител диаграммы направленности

()

()-Ј-

А ЬАО

которое с одной стороны дает возможность иметь максимально простой способ определени к , приведенный в формуле изобретени , а, с другой стороны, упрощает процедуру измерений, поскольку в определ емом диапазоне углов в имеютс абсолютные максимумы излучени . Следует отметить, что относительна погрешность определени периода следовани нулей амплитуды , а вместе с ней и погрешность нахождени значени диэлектрической проницаемости будут тем меньше, чем большее количество периодов используют дл его вычислени . Но тем очевиднее вывод о том, что предлагаемый способ работает тем точнее, чем короче используема длина вол- ны..0граничение сверху на предельные размеры апертуры излучател накладываетс условием нахождени приемника в дальней зоне.

Блок-схема устройства дл измерени диэлектрической проницаемости приведена на фиг.2.

Устройство содержит генератор СВЧ 1, соединенный с делителем мощности 2, к выходам которого подключен соединенный с механизмом перемещени и отсчета 3 двухплечевой излучатель 4, размещенный на плоской грани контролируемого диэлектрика 5, приемник 6, св занный с механизмом измерени угла наблюдени 7 и соединенный с измерительным прибором 8.

Две проекции устройства двухплечево- го излучател 4 приведены на фиг.З и фиг.4.

Двухплечевой излучатель состоит из диэлектрических волноводов 9, расположенных над подвижной 11 и неподвижной 10 парами металлических пластин, наход щихс в контакте с образцом диэлектрика с плоской гранью 5.

Работает устройство следующим образом .

В исходном состо нии подвижные пластины 11 (см. фиг.З, 4) каждого из излучателей вплотную придвинуты к неподвижным 10. С помощью механизма перемещени и отсчета 3 (см. фиг.2) подвижные пластины- каждого волноводного излучател , св занные с соответствующими диэлектрическими волноводами 9 (см. фиг.З, 4), перемещают в противоположных направлени х, тем самым синхронно измен ют величину промежутка между подвижными 11 и неподвижными 10 пластинами каждого из излучателей. При этом в приемник 6 (см. фиг.2), расположенный под углом 9, который измер ют с помощью механизма 7, поступает прошедша через образец волна,

амплитуду последней регистрируют измерительным прибором 8 при всех значени х величины промежутка излучателей и таким образом получают зависимость амплитуды

прошедшей волны от величины промежутка. Полученна зависимость, как было отмечено выше, позвол ет определить значение диэлектрической проницаемости материала .

Claims

1. Способ определени диэлектрической проницаемости материала, заключающийс в облучении испытуемого образца электромагнитной волной двуплечим излучателем , изменении разности фаз сигналов в плечах излучател и измерении амплитуды прошедшей волны под углом и определении диэлектрической проницаемости, отличающийс тем, что, с целью повышени точности, дополнительно одновременно с изменением разности фаз в плечах излучател снимают зависимость амплитуды прошедшей волны от длины плеча, а диэлектрическую проницаемость определ ют

по формуле

( 1 1 2

()

где Я о - длина волны в свободном пространстве;

АЬ - длина волны в двуплечем излучателе;

А- период следовани нулей амплитуды прошедшей волны, а угол 9 выбираетс из соотношени

40

dk

(Ј.) JLv5rsin0 ( +1 ),

4 А Ь An v /. h

где aV - предельный размер плеча излучател .

2. Устройство дл определени диэлектрической проницаемости, содержащее последовательно соединенные СВЧ-генератор и делитель мощности, к выходам которого

0 подключены излучатели, приемник, соединенный с индикатором, отличающеес тем, что, с целью повышени точности, волно- водный излучатель выполнен в виде диэлектрического волновода и пары расположенных

5 водной плоскости пр моугольных металлических пластин, установленных с зазором по отношению к диэлектрическому волнопо- ду, при этом большие кромки пластин параллельны диэлектрическому волноводу. одна из пластин жестко закреплена, а друга установлена с возможностью перемещени вдоль оси диэлектрического волновода и жестко св зана с ним, пара металлических пластин второго излучател размещена в той же плоскости, что и пластины первого излучател , подвижна пластина первого

излучател имеет контакт большей кромкой с большей кромкой неподвижной пластины второго излучател , а неподвижна пласти: на первого - с подвижной пластиной второго , причем меньшие кромки неподвижных пластин расположены вдоль одной пр мой.

Фиг. I

Фиг. 2

Фиг. 3

Фаг. 4