RU2326392C1

RU2326392C1 - Device for determination of parameters of low impedance materials at microwaves with help of coaxial cavity resonator

Info

Publication number: RU2326392C1
Application number: RU2007100792/28A
Authority: RU
Inventors: Герман В чеславович Дмитриенко (RU); Герман Вячеславович Дмитриенко; Николай Александрович Трефилов (RU); Николай Александрович Трефилов
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2008-06-10

Abstract

FIELD: metering devices.

SUBSTANCE: device consists of microwave generator, metering device of complex reflection factor, frequency meter, coaxial cavity resonator and sample of measured material. Coaxial cavity resonator is made short-circuited in the end, besides, the central conductor is made from measured low impedance material, and the central conductor made of metal is used as reference.

EFFECT: expansion of frequency measurement range, increase of precision of measurement information about complex inductive capacity of high absorber materials, which simultaneously have high values of inductive capacity e and tangent of dielectric loss angle.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области радиоизмерений параметров радиопоглощающих низкоимпедансных композиционных диэлектрических материалов на СВЧ типа углепластиков, характеризующихся большими значениями комплексной относительной диэлектрической проницаемости.The invention relates to the field of radio measurements of the parameters of radio-absorbing low-impedance composite dielectric materials on microwave type carbon fiber reinforced plastic, characterized by large values of the complex relative permittivity.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для измерения комплексной диэлектрической проницаемости косвенным методом (см. Фиг.1) [см. Брандт А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. - М.: Физматгиз, 1963, 192 с.] схема устройства коаксиального резонатора для измерения параметров низкоимпедансных композиционных материалов, включающее: коаксиальный резонатор 1, заканчивающийся фланцем, эталонный короткозамыкатель и измеряемый материал 3, использующийся в качестве замыкающей торцевой стенки. Измерения проводятся в два этапа, вначале к коаксиальному резонатору в место торцевой стенки подключается короткозамыкатель и производится калибровка установки, затем к коаксиальному резонатору в место торцевой стенки подключается исследуемый плоский образец диэлектрика (Фиг.1). От СВЧ-генератора к коаксиальному резонатору подается зондирующая электромагнитная волна. Информация о параметрах материала заключается в резонансной частоте, добротности резонатора и комплексного коэффициента отражения от резонатора. Измерения резонансной частоты производятся частотомером, измерения комплексного коэффициента отражения - с помощью измерительного устройства. Обработка результатов производится по следующей методике [см. Брандт А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. - М.: Физматгиз, 1963. - 192 с.].Closest to the technical nature of the claimed invention is the selected as a prototype device for measuring complex dielectric constant by an indirect method (see Figure 1) [see Brandt A.A. The study of dielectrics at microwave frequencies. - M .: Fizmatgiz, 1963, 192 pp.] A diagram of a coaxial resonator device for measuring the parameters of low-impedance composite materials, including: a coaxial resonator 1 ending in a flange, a short-circuit reference and measured material 3 used as a closing end wall. The measurements are carried out in two stages, first a short circuit is connected to the coaxial resonator in place of the end wall and the installation is calibrated, then the studied flat dielectric sample is connected to the coaxial resonator in place of the end wall (Figure 1). A probe electromagnetic wave is supplied from a microwave generator to a coaxial resonator. Information about the parameters of the material is in the resonant frequency, the quality factor of the resonator and the complex reflection coefficient from the resonator. The resonance frequency is measured with a frequency meter, and the complex reflection coefficient is measured with a measuring device. Processing of the results is carried out according to the following procedure [see Brandt A.A. The study of dielectrics at microwave frequencies. - M .: Fizmatgiz, 1963. - 192 p.].

Недостатком описанного прототипа являются ошибки измерения диэлектрической проницаемости для сильно поглощающих материалов, имеющих одновременно большие значения диэлектрической проницаемости ε и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ и характеризующиеся большими коэффициентами отражения от образца. Это происходит потому, что в известном устройстве взаимодействие зондирующей волны с исследуемым образцом происходит на участке малых размеров, что повышает чувствительность метода к ошибкам измерений.The disadvantage of the described prototype is the measurement error of the dielectric constant for strongly absorbing materials having simultaneously large values of the dielectric constant ε and the dielectric loss tangent tanδ and characterized by large reflection coefficients from the sample. This is because, in the known device, the interaction of the probe wave with the test sample occurs in a small area, which increases the sensitivity of the method to measurement errors.

Сущность изобретения заключается в уменьшении погрешности измерения относительной диэлектрической проницаемости ε и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ сильно поглощающих материалов типа углепластиков, обладающих одновременно большими значениями диэлектрической проницаемости ε и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ.The essence of the invention is to reduce the measurement error of the relative dielectric constant ε and the dielectric loss tangent tgδ of highly absorbing materials such as carbon fiber reinforced plastic, which simultaneously have large dielectric permittivity ε and the dielectric loss tangent tgδ.

Технический результат - расширение частотного диапазона измерений, повышение точности измерительной информации о комплексной диэлектрической проницаемости сильно поглощающих материалов, имеющих одновременно большие значения диэлектрической проницаемости ε и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ, что необходимо при производстве таких материалов при контроле за ходом технологии производства и при проектировании СВЧ-изделий, из таких материалов, например, защитных укрытий.The technical result is the expansion of the measurement frequency range, increasing the accuracy of the measuring information on the complex dielectric constant of highly absorbing materials having simultaneously high values of dielectric constant ε and dielectric loss tangent tanδ, which is necessary in the production of such materials while monitoring the progress of the production technology and in the design of microwave - products made of such materials, for example, protective shelters.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для определения относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь низкоимпедансных материалов на СВЧ с помощью коаксиального резонатора, содержащее СВЧ-генератор, измерительное устройство комплексного коэффициента отражения, частотомер, коаксиальный резонатор.The specified technical result is achieved by the fact that a device for determining the relative permittivity and dielectric loss tangent of low-impedance materials on a microwave using a coaxial resonator, containing a microwave generator, a measuring device of a complex reflection coefficient, a frequency meter, a coaxial resonator.

Особенность заключается в том, что коаксиальный резонатор выполнен короткозамкнутым на конце, а используемый в качестве эталона центральный проводник из металла выполнен с возможностью его установки в качестве центрального проводника, выполненный из измеряемого низкоимпедансного материала.The peculiarity lies in the fact that the coaxial resonator is made short-circuited at the end, and the central metal conductor used as a reference is made with the possibility of its installation as a central conductor made of a measured low-impedance material.

На чертежах представлено: на фиг.1 традиционная схема устройства коаксиального резонатора для определения параметров низкоимпедансных композиционных материалов, на фиг.2 схема предлагаемого устройства коаксиального резонатора для определения параметров низкоимпедансных композиционных материалов.The drawings show: in FIG. 1, a traditional diagram of a coaxial resonator device for determining the parameters of low-impedance composite materials; FIG. 2 is a diagram of a proposed coaxial resonator device for determining the parameters of low-impedance composite materials.

Устройство содержит короткозамкнутый коаксиальный резонатор 1, в котором используется центральный проводник 2, выполненный из металла. В процессе измерения центральный проводник 2, выполненный из металла, заменяется на центральный проводник 2, выполненный из измеряемого низкоимпедансного материала. К СВЧ-генератору подключен короткозамкнутый коаксиальный резонатор 1. От СВЧ-генератора подается зондирующая волна, которая движется по коаксиальному резонатору 1 до конца короткозамкнутой торцевой стенки, отражается и движется в обратном направлении. Сначала производятся измерения резонансной частоты и комплексного коэффициента отражения зондирующей волны от коаксиального резонатора 1 с центральным проводником 2, выполненным из металла, который используется в качестве эталона. Затем производятся измерения резонансной частоты и комплексного коэффициента отражения зондирующей волны, когда в качестве центрального проводника 2 установлен образец измеряемого материала, выполненный из низкоимпедансного материала.The device comprises a short-circuited coaxial resonator 1, in which a central conductor 2 made of metal is used. During the measurement, the center conductor 2 made of metal is replaced by the center conductor 2 made of the measured low-impedance material. A short-circuited coaxial resonator 1 is connected to the microwave generator. A probing wave is supplied from the microwave-generator, which moves along the coaxial resonator 1 to the end of the short-circuited end wall, is reflected and moves in the opposite direction. First, measurements are made of the resonant frequency and the complex reflection coefficient of the probe wave from the coaxial resonator 1 with a central conductor 2 made of metal, which is used as a reference. Then, measurements are made of the resonant frequency and the complex reflection coefficient of the probe wave when a sample of the measured material made of low-impedance material is installed as the central conductor 2.

По полученным результатам обоих измерений производятся вычисления комплексной диэлектрической проницаемости. Проверка результата вычисления комплексной диэлектрической проницаемости производится на повторном измерении тех же параметров на второй и третьей гармониках с последующим вычислением комплексной диэлектрической проницаемости.The results of both measurements are used to calculate the complex permittivity. Checking the result of calculating the complex permittivity is performed by re-measuring the same parameters at the second and third harmonics, followed by the calculation of the complex permittivity.

Claims

A device for determining the relative permittivity and the dielectric loss tangent of low-impedance materials on a microwave using a coaxial resonator, comprising a microwave generator, a complex reflection coefficient measuring device, a frequency meter, a coaxial resonator, characterized in that the coaxial resonator is made short-circuited at the end, and used in as a standard, the central conductor of metal is made with the possibility of its installation as a central conductor, ennogo of the measured material.