RU2453856C1

RU2453856C1 - Device for determining dielectric capacity of material specimen under external effects

Info

Publication number: RU2453856C1
Application number: RU2011106859/28A
Authority: RU
Inventors: Виталий Петрович Крылов (RU); Виталий Петрович Крылов; Владимир Гаврилович Ромашин (RU); Владимир Гаврилович Ромашин; Михаил Владимирович Кулаковский (RU); Михаил Владимирович Кулаковский
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-06-20

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: device includes emissive generator, transmitting linearly polarised antennae, chamber for placing flat specimen of the tested material, receiving linearly polarised antennae, receiver, recorder, and is specific for the chamber being provided with flat RF windows for radiation input and output, as well as with either mechanisms or sensors of specimen rotation in the plain of radiation incidence or perpendicular to it. The transmitting antennae is directed with reference to radiation input window under Brewster angle so that the vector of its electrical field is in the plain of radiation to input window, while receiving antennae is directed with regard to the radiation output window under Brewster angle so that its electrical field vector is in the plain of radiation incidence to output window.

EFFECT: increased accuracy of measuring dielectric capacity in wide band when effects from external factors to material specimen are studied.

12 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам измерения диэлектрической проницаемости материалов при воздействии внешних факторов, преимущественно к устройствам измерения диэлектрической проницаемости при нагреве.The invention relates to devices for measuring the dielectric constant of materials when exposed to external factors, mainly to devices for measuring the dielectric constant when heated.

Известно устройство для измерения диэлектрической проницаемости образца материала при нагреве, включающее камеру резонатора, устройства связи ввода и вывода излучения, нагреватель, измерительные устройства: Воробьев Е.А., Михайлов В.Ф., Харитонов А.А. СВЧ-диэлектрики в условиях высоких температур. - М.: Сов. Радио, 1977.A device for measuring the dielectric constant of a sample of material when heated, including a resonator chamber, communication devices for input and output radiation, heater, measuring devices: Vorobev EA, Mikhailov VF, Kharitonov AA Microwave dielectrics at high temperatures. - M .: Owls. Radio, 1977.

Устройства для определения диэлектрической проницаемости, основанные на применении закрытых резонаторов, позволяют проводить измерения в условиях высоких температур при квазистационарном нагреве. Равномерный нагрев образца позволяет моделировать расчетными методами электродинамическую схему измерительного устройства, чем достигается, по сравнению с другими методами, относительно высокая точность измерения диэлектрической проницаемости материалов.Devices for determining the dielectric constant, based on the use of closed resonators, allow measurements at high temperatures during quasi-stationary heating. Uniform heating of the sample makes it possible to simulate by the calculation methods the electrodynamic circuit of the measuring device, which achieves, in comparison with other methods, a relatively high accuracy in measuring the dielectric constant of materials.

Недостатком резонаторных устройств является узкополосность проводимых измерений из-за резонансных свойств измерительных ячеек.The disadvantage of resonator devices is the narrowband of measurements due to the resonant properties of the measuring cells.

Недостатком также является то, что при нагреве меняются электрические свойства не только образца, но и измерительной ячейки, которые необходимо учитывать при проведении измерений. Изменения электрических параметров ячейки могут значительно превосходить изменения, связанные с собственными изменениями диэлектрической проницаемости исследуемого образца, что приводит к значительному возрастанию погрешности измерений.The disadvantage is that when heated, the electrical properties of not only the sample, but also the measuring cell, which must be taken into account when taking measurements, change. Changes in the electrical parameters of the cell can significantly exceed changes associated with intrinsic changes in the dielectric constant of the test sample, which leads to a significant increase in the measurement error.

Также резонансные методы не позволяют оценивать поляризационные свойства материалов непосредственно в процессе измерения.Also, resonance methods do not allow to evaluate the polarization properties of materials directly in the measurement process.

Известно устройство для измерения диэлектрической проницаемости образца материала при воздействии внешних факторов в свободном пространстве, содержащее излучающий генератор, передающую линейно поляризованную антенну, приемную линейно поляризованную антенну, приемник, регистрирующий прибор: Михайлов В.Ф., Победоносцев К.А., Брагин И.В. Прогнозирование эксплуатационных характеристик антенн с теплозащитой. - С-Петербург: Судостроение, 1994, 300 с.(стр.168-169).A device for measuring the dielectric constant of a material sample when exposed to external factors in free space, containing a radiating generator, transmitting a linearly polarized antenna, a receiving linearly polarized antenna, a receiver, a recording device: Mikhailov V.F., Pobedonostsev K.A., Bragin I. AT. Prediction of the operational characteristics of antennas with thermal protection. - St. Petersburg: Shipbuilding, 1994, 300 pp. (Pp. 168-169).

В этих устройствах, в отличие от резонаторных, нет ограничения максимальной температуры нагрева образца материала, но, с другой стороны, невозможно создать условия квазистационарного нагрева образца материала, что снижает точность этих методов по сравнению с резонаторными. Недостатком этих устройств является неоднородность нагрева образца материала из-за потерь тепла в окружающее пространство.In these devices, unlike resonant ones, there is no limitation on the maximum heating temperature of a material sample, but, on the other hand, it is impossible to create conditions for quasi-stationary heating of a material sample, which reduces the accuracy of these methods compared to resonant ones. The disadvantage of these devices is the heterogeneity of the heating of the material sample due to heat loss to the surrounding space.

Наиболее близким к техническому решению является устройство по авт. св. СССР №1775686, кл. G01r 27/26 опубл. 15.12.1992 г., Бюл. №42 для измерения диэлектрической проницаемости плоского образца материала в свободном пространстве, содержащее: излучающий генератор, передающую линейно поляризованную антенну, камеру для размещения плоского образца исследуемого материала, приемную линейно поляризованную антенну, приемник, регистрирующий прибор.Closest to the technical solution is the device according to ed. St. USSR No. 1775686, class G01r 27/26 publ. 12/15/1992, bull. No. 42 for measuring the dielectric constant of a flat sample of material in free space, comprising: a radiating generator, transmitting a linearly polarized antenna, a camera for placing a flat sample of the material being studied, a receiving linearly polarized antenna, a receiver, a recording device.

Недостатком прототипа является то, что при воздействии на испытуемый образец внешних факторов, например высокотемпературного нагрева, не может быть реализовано равномерное изменение свойств испытуемого материала по всему телу, взаимодействующему с излучением, что приводит к неоднородности изменения диэлектрической проницаемости по образцу материала и существенно снижает точность производимых измерений в широкой полосе частот при изучении влияния воздействия внешних факторов. Наиболее просто осуществить исследование влияния воздействия внешних факторов в закрытой камере, но применение камеры приводит к искажению результатов измерений.The disadvantage of the prototype is that when exposed to external samples, for example, high-temperature heating, a uniform change in the properties of the test material over the whole body interacting with radiation cannot be realized, which leads to heterogeneity of the change in dielectric constant in the sample material and significantly reduces the accuracy of the produced measurements in a wide frequency band when studying the influence of external factors. The easiest way is to study the influence of external factors in a closed chamber, but the use of the camera leads to a distortion of the measurement results.

Задачей изобретения является повышение точности проведения измерения диэлектрической проницаемости в широкой полосе частот при изучении влияния внешних факторов на образец материала.The objective of the invention is to increase the accuracy of measuring dielectric constant in a wide frequency band when studying the influence of external factors on a sample of material.

Достигается задача тем, что предложено устройство для определения диэлектрической проницаемости образца материала при воздействии внешних факторов, содержащее излучающий генератор, передающую линейно поляризованную антенну, камеру для размещения плоского образца испытуемого материала, приемную линейно поляризованную антенну, приемник, регистрирующий прибор, отличающееся тем, что камера снабжена плоскими радиопрозрачными окнами ввода и вывода излучения, а также либо механизмами и датчиками вращения образца в плоскости падения излучения и перпендикулярной к ней, либо механизмами и датчиками вращения окон ввода и вывода излучения в плоскости падения волны и перпендикулярной к ней, передающая антенна ориентирована относительно окна ввода излучения под углом Брюстера так, чтобы вектор ее электрического поля лежал в плоскости падения излучения на окно ввода, а приемная антенна ориентирована относительно окна вывода излучения под углом Брюстера так, чтобы вектор ее электрического поля лежал в плоскости падения излучения на окно вывода.The objective is achieved by the fact that the proposed device for determining the dielectric constant of a material sample when exposed to external factors, containing a radiating generator transmitting a linearly polarized antenna, a camera for placing a flat sample of the test material, a receiving linearly polarized antenna, a receiver recording a device, characterized in that the camera equipped with flat radiotransparent windows for radiation input and output, as well as either mechanisms and sensors for sample rotation in the plane of incidence of radiation perpendicular to it, or by mechanisms and sensors of rotation of the input and output radiation windows in the plane of incidence of the wave and perpendicular to it, the transmitting antenna is oriented relative to the radiation input window at the Brewster angle so that its electric field vector lies in the plane of radiation incidence on the input window and the receiving antenna is oriented relative to the radiation output window at a Brewster angle so that its electric field vector lies in the plane of radiation incidence on the output window.

Устройство по предлагаемому техническому решению позволяет проводить измерение диэлектрической проницаемости при прохождении излучения через образец испытуемого материала и при отражении излучения от него.The device according to the proposed technical solution allows the measurement of dielectric constant when radiation passes through a sample of the test material and when the radiation is reflected from it.

Применение устройства по предлагаемому техническому решению позволит проводить измерение диэлектрической проницаемости образцов материалов с высокой точностью в широкой полосе частот.The use of the device according to the proposed technical solution will allow to measure the dielectric constant of samples of materials with high accuracy in a wide frequency band.

Помещение образца испытуемого материала в камеру с радиопрозрачными окнами ввода и вывода излучения позволит реализовать квазистационарный, равномерный нагрев образца, что повысит точность производимых измерений, например, при высокотемпературном нагреве.Placing a sample of the test material in a chamber with radiolucent windows for input and output of radiation will allow for quasi-stationary, uniform heating of the sample, which will increase the accuracy of the measurements made, for example, during high-temperature heating.

Устройство с частотно-независимыми параметрами окон позволит также производить измерения прохождения электромагнитных волн в широкой полосе частот при изучении воздействия иных внешних факторов на образец материала.A device with frequency-independent window parameters will also allow measurements of the passage of electromagnetic waves in a wide frequency band when studying the effects of other external factors on a sample of material.

Из оптики известно, что при определенном угле падения и выполнении некоторых условий возможно полное прохождение волны; 1. М.Борн, Э.Вольф. Основы оптики. - М.: Изд. Наука, 1973, 73-82. 2. И.Н.Мешков, Б.В.Чириков, Электромагнитное поле Часть 1. - Новосибирск: Издательство «Наука», Сибирское отделение, 1987, стр.198-200.It is known from optics that for a certain angle of incidence and the fulfillment of certain conditions, the complete passage of the wave is possible; 1. M. Born, E. Wolf. The basics of optics. - M.: Publishing. Science, 1973, 73-82. 2. I.N. Meshkov, B.V. Chirikov, Electromagnetic field Part 1. - Novosibirsk: Publishing House "Science", Siberian Branch, 1987, pp. 198-200.

Нет сведений о применении данного оптического эффекта в широкополосном устройстве для измерения коэффициента прохождения и диэлектрической проницаемости.There is no information on the application of this optical effect in a broadband device for measuring transmission coefficient and permittivity.

На фиг.1 представлен вид заявленной широкополосного устройства при прохождении излучения через образец испытуемого материала для измерения коэффициента прохождения и диэлектрической проницаемости, в котором обозначены цифрами:Figure 1 presents a view of the claimed broadband device when radiation passes through a sample of the test material for measuring the transmission coefficient and dielectric constant, in which are indicated by numbers:

1 - генератор излучения,1 - radiation generator,

2 - передающая линейно поляризованная антенна,2 - transmitting linearly polarized antenna,

3 - камера,3 - camera

4 - плоское радиопрозрачное окно ввода излучения в камеру,4 - flat radiotransparent window for introducing radiation into the camera,

5 - исследуемый образец материала,5 - test sample of material,

6 - механизм и датчики вращения образца в плоскости падения излучения,6 - the mechanism and sensors of rotation of the sample in the plane of incidence of radiation,

7 - механизм и датчики вращения образца в плоскости, перпендикулярной плоскости падения излучения,7 - the mechanism and sensors of rotation of the sample in a plane perpendicular to the plane of incidence of radiation,

8 - плоское радиопрозрачное окно вывода излучения из камеры,8 - flat radiotransparent window for outputting radiation from the camera,

9 - приемная линейно поляризованная антенна,9 - receiving linearly polarized antenna,

10 - приемник излучения,10 - radiation receiver,

11 - устройство регистрации и управления.11 - device registration and management.

На фиг.1 также обозначены:In Fig.1 also indicated:

n1 - нормаль к поверхности окна ввода излучения в камеру,n1 is the normal to the surface of the window for introducing radiation into the camera,

Е - вектор электрической составляющей электромагнитной волны,E is the vector of the electrical component of the electromagnetic wave,

n2 - нормаль к поверхности образца,n2 is the normal to the surface of the sample,

n3 - нормаль к поверхности окна вывода излучения из камеры.n3 is the normal to the surface of the window for outputting radiation from the camera.

Переменные параметры устройства следующие:The device variables are as follows:

ε₁ - диэлектрическая проницаемость окна ввода,ε ₁ - dielectric constant of the input window,

ε₃ - диэлектрическая проницаемость окна вывода,ε ₃ - dielectric constant of the output window,

h₁ - толщина окна ввода,h ₁ is the thickness of the input window,

h₃ - толщина окна вывода,h ₃ is the thickness of the output window,

δ₁ - угол между векторами, определяющими плоскость падения k и n₁, равный по техническому решению углу Брюстера (δ₁=arctg(√ε)₁, где ε₁ - диэлектричекая проницаемость материала, из которого изготовлено окно ввода излучения),δ ₁ is the angle between the vectors defining the plane of incidence k and n ₁ , which is equal to the Brewster angle by technical solution (δ ₁ = arctan (√ ε) ₁ , where ε ₁ is the dielectric constant of the material from which the radiation input window is made),

δ₃ - угол между векторами, определяющими плоскость падения k и n₃, равный по техническому решению углу Брюстера (δ₃=arctg(√ε)₃, где ε₃ - диэлектричекая проницаемость материала, из которого изготовлено окно вывода излучения).δ ₃ is the angle between the vectors determining the plane of incidence k and n ₃ , which is equal to the Brewster angle by technical solution (δ ₃ = arctan (√ ε) ₃ , where ε ₃ is the dielectric constant of the material from which the radiation output window is made).

Устройство работает следующим образом. Генератор 1 через передающую антенну 2 излучает линейно поляризованную плоскую волну, антенну 2 устанавливают так, чтобы угол между векторами k и n₁ был равен углу Брюстера δ₁, а ее вектор электрического поля падающей волны Е находился в плоскости падения, образованной векторами k и n₁, к радиопрозрачному окну ввода энергии 4 камеры 3. Образец материала 5 механизмом вращения образца вокруг нормали 6 устанавливают под определенным углом γ. Механизмом 7 образец ориентируют относительно волнового вектора и вектора электрического поля. Электромагнитная волна через выходное окно 8 попадает в приемную антенну 9, которую устанавливают так, чтобы угол между векторами k и n₃ был равен углу Брюстера δ₃, а вектор электрического поля падающей волны Е находился в плоскости падения, образованной векторами k и n₃, к радиопрозрачному окну вывода энергии. Сигнал с антенны 9 поступает в приемник 10 и далее в устройство регистрации и управления 11. Устройство 11 регистрирует положение образца во время измерения и управляет его положением. Устройства нагрева образца на чертежах не указаны.The device operates as follows. The generator 1 through the transmitting antenna 2 emits a linearly polarized plane wave, the antenna 2 is set so that the angle between the vectors k and n ₁ is equal to the Brewster angle δ ₁ , and its vector of the electric field of the incident wave E is in the plane of incidence formed by the vectors k and n ₁ , to the radiotransparent energy input window 4 of the chamber 3. The sample of material 5 is set at a certain angle γ by the mechanism of rotation of the sample around the normal 6. By mechanism 7, the sample is oriented relative to the wave vector and the electric field vector. The electromagnetic wave through the output window 8 enters the receiving antenna 9, which is set so that the angle between the vectors k and n ₃ is equal to the Brewster angle δ ₃ , and the vector of the electric field of the incident wave E is in the plane of incidence formed by the vectors k and n ₃ , to a radiotransparent window of energy output. The signal from the antenna 9 enters the receiver 10 and then to the registration and control device 11. The device 11 registers the position of the sample during measurement and controls its position. Devices for heating the sample in the drawings are not indicated.

Устройство, выполненное по данному техническому решению, имеет камеру, в которой располагают испытуемый образец материала. Использование замкнутого пространства камеры позволяет реализовать равномерный нагрев образца, что повышает точность производимых измерений за счет реализации квазистационарного нагрева.The device made according to this technical solution has a chamber in which the test material sample is placed. The use of the enclosed space of the chamber makes it possible to realize uniform heating of the sample, which increases the accuracy of the measurements made due to the implementation of quasi-stationary heating.

Устройство выполнено таким образом, что позволяет регистрировать изменения только из-за воздействия на образец материала внешних факторов.The device is designed in such a way that allows you to register changes only due to the impact of external factors on the sample material.

Устройство, выполненное по предлагаемому техническому решению, не вносит искажений в прошедшую электромагнитную волну в широкой полосе частот при исследовании образцов материалов и различных веществ в широком диапазоне изменения давления, температур и других физических воздействий.The device, made according to the proposed technical solution, does not introduce distortions into the transmitted electromagnetic wave in a wide frequency band when studying samples of materials and various substances in a wide range of pressure, temperature and other physical influences.

Использование в техническом решении механизма вращения образца и ориентация его при измерении в произвольном положении относительно волнового вектора и вектора электрического поля позволит, дополнительно, производить измерение поляризационных диэлектрических свойств материалов в широкой полосе частот и воздействии внешних факторах.The use in the technical solution of the mechanism of rotation of the sample and its orientation when measuring in an arbitrary position relative to the wave vector and the electric field vector will allow, in addition, to measure the polarization dielectric properties of materials in a wide frequency band and the influence of external factors.

На фиг.2 представлен вид заявленного устройства при отражении излучения от образца испытуемого материала для измерения коэффициента отражения и диэлектрической проницаемости, в котором обозначены цифрами:Figure 2 presents a view of the claimed device when reflecting radiation from a sample of the test material for measuring reflection coefficient and dielectric constant, in which are indicated by numbers:

1 - генератор излучения,1 - radiation generator,

3 - камера,3 - camera

6 - механизм и датчики вращения окна ввода в плоскости падения излучения и перпендикулярной к ней,6 - mechanism and rotation sensors of the input window in the plane of incidence of radiation and perpendicular to it,

7 - механизм и датчики вращения окна вывода в плоскости падения излучения и перпендикулярной к ней,7 - the mechanism and sensors of rotation of the output window in the plane of incidence of radiation and perpendicular to it,

10 - приемник излучения,10 - radiation receiver,

11 - устройство регистрации и управления,11 - device registration and management,

12 - плоское зеркало.12 is a flat mirror.

На фиг.2 также обозначены:In Fig.2 also indicated:

n₁ - нормаль к поверхности окна ввода излучения в камеру,n ₁ is the normal to the surface of the window for introducing radiation into the camera,

n₂ - нормаль к поверхности образца,n ₂ is the normal to the surface of the sample,

n₃ - нормаль к поверхности окна вывода излучения из камеры.n ₃ - normal to the surface of the window output radiation from the camera.

Устройство работает следующим образом. Генератор 1 через передающую антенну 2 излучает линейно поляризованную плоскую волну. Окно ввода 4 камеры 3 с помощью механизма вращения в ортогональных плоскостях 6 устанавливают так, чтобы угол между векторами k и n₁ равнялся углу Брюстера δ₁, а вектор электрического поля падающей волны Е находился в плоскости падения, образованной векторами k и n₁. Образец материала 5 закрепляют внутри камеры. Окно вывода излучения 8 камеры 3 с помощью механизма вращения в ортогональных плоскостях 7 устанавливают так, чтобы угол между векторами k и n₃ равнялся углу Брюстера δ₃, а вектор электрического поля падающей волны Е находился в плоскости падения, образованной векторами k и n₃. Сигнал с приемной антенны 9 поступает в приемник 10 и далее в устройство регистрации и управления 11. Устройство 11 регистрирует и управляет положением окон ввода и вывода излучения. Устройства нагрева образца чертежах не указаны. При измерении образцов материалов с большими потерями (tg(δ)>0,0100) применяется плоское зеркало 12.The device operates as follows. The generator 1 through a transmitting antenna 2 emits a linearly polarized plane wave. The input window 4 of the chamber 3 using the rotation mechanism in orthogonal planes 6 is set so that the angle between the vectors k and n _{1 is} equal to the Brewster angle δ ₁ , and the vector of the electric field of the incident wave E is in the plane of incidence formed by the vectors k and n ₁ . A sample of material 5 is fixed inside the chamber. The radiation output window 8 of the chamber 3 using the rotation mechanism in the orthogonal planes 7 is set so that the angle between the vectors k and n _{3 is} equal to the Brewster angle δ ₃ , and the electric field vector of the incident wave E is in the plane of incidence formed by the vectors k and n ₃ . The signal from the receiving antenna 9 enters the receiver 10 and then to the registration and control device 11. The device 11 registers and controls the position of the radiation input and output windows. Sample heating devices are not shown in the drawings. When measuring samples of materials with large losses (tg (δ)> 0.0100), a flat mirror 12 is used.

В обобщенной системе координат XYZ исследуемый плоский образец расположен так, как показано на фиг.3. Вектор падающей волны K₁ образует угол падения α с нормалью n₂, совпадающей с осью Z, а вектор электрического поля Е совпадает с осью X. Вектор отраженной волны К₃ образует угол α' с нормалью n₂, при этом α'=α.In the generalized coordinate system XYZ, the investigated flat sample is located as shown in Fig.3. The vector of the incident wave K ₁ forms the angle of incidence α with the normal n ₂ coinciding with the Z axis, and the vector of the electric field E coincides with the X axis. The vector of the reflected wave K ₃ forms the angle α 'with the normal n ₂ , with α' = α.

В обобщенной системе координат XYZ вектора K₁, К₃, n₂, Е запишем как: Е (1,0,0) - вектор электрической составляющей электромагнитной волны; K₁ (0, sin(α), -cos(α)) - волновой вектор падающей волны, где α - угол между волновым вектором падающей электромагнитной волны и нормалью n к поверхности образца. Вектор K₁ перпендикулярен вектору Е. К₃ (0, sin(α'), cos(α')) - волновой вектор падающей волны, где α' - угол между волновым вектором отраженной электромагнитной волны и нормалью n к поверхности образца. Вектор К₃ перпендикулярен вектору Е.In the generalized coordinate system XYZ of the vector K ₁ , K ₃ , n ₂ , E, we write as: E (1,0,0) is the vector of the electric component of the electromagnetic wave; K ₁ (0, sin (α), -cos (α)) is the wave vector of the incident wave, where α is the angle between the wave vector of the incident electromagnetic wave and the normal n to the sample surface. The vector K _{1 is} perpendicular to the vector E. K ₃ (0, sin (α '), cos (α')) is the wave vector of the incident wave, where α 'is the angle between the wave vector of the reflected electromagnetic wave and the normal n to the surface of the sample. Vector K _{3 is} perpendicular to E.

n₂ (0,0,1) - нормаль к поверхности образца.n ₂ (0,0,1) - normal to the surface of the sample.

Запишем в частной системе координат X₁Y₁Z₁ положение плоского окна ввода, показанного на Фиг.4 как: вектор падающей волны K₁ совпадает с осью Z₁, а вектор электрического поля Е совпадает с осью X₁. Тогда, считая, что δ₁=arctg(√ε) - угол Брюстера, где ε - диэлектрическая проницаемость окна ввода, и с учетом условия компланарности векторов K₁, Е и n₁ в системе координат X₁Y₁Z₁ нормаль к окну ввода n₁ можно задать через направляющие косинусы: n₁(sin(δ₁), 0, cos(δ₁)).In the private coordinate system X ₁ Y ₁ Z ₁ , we write the position of the flat input window, shown in FIG. 4 as: the incident wave vector K ₁ coincides with the axis Z ₁ , and the electric field vector E coincides with the axis X ₁ . Then, assuming that δ ₁ = arctan (√ ε) is the Brewster angle, where ε is the dielectric constant of the input window, and taking into account the coplanarity condition of the vectors K ₁ , E and n ₁ in the coordinate system X ₁ Y ₁ Z _{1 is} normal to the window input n ₁ can be specified through the direction cosines: n ₁ (sin (δ ₁ ), 0, cos (δ ₁ )).

Запишем направляющие косинусы осей частной системы координат X₁Y₁Z₁ в обобщенной системе координат XYZ:We write the direction cosines of the axes of the particular coordinate system X ₁ Y ₁ Z ₁ in the generalized coordinate system XYZ:

O₁X₁(1, 0, 0) - совпадающая по направлению с вектором Е;O ₁ X ₁ (1, 0, 0) - coinciding in direction with the vector E;

O₁Y₁(0, cos(α), sin(α));O ₁ Y ₁ (0, cos (α), sin (α));

O₁Z₁(0, -sin(α), cos(α)) - противоположная по направлению с вектором K₁;O ₁ Z ₁ (0, -sin (α), cos (α)) is the opposite in direction with the vector K ₁ ;

Зная положение n₁ в системе X₁Y₁Z₁ и положение X₁Y₁Z₁ относительно обобщенной системы координат XYZ, запишем его координаты в системе координат XYZ согласно: И.Н.Бронштейн и К.А.Семендяев. Справочник по математике: М.: Гос. изд. физ. мат. литературы, 1962, с.218:Knowing the position of n ₁ in the system X ₁ Y ₁ Z ₁ and the position of X ₁ Y ₁ Z ₁ relative to the generalized coordinate system XYZ, we will write down its coordinates in the coordinate system XYZ according to: I.N. Bronstein and K.A.Semendyaev. Handbook of mathematics: M .: Gos. ed. physical mat. literature, 1962, p.218:

n₁(sin(δ₁), cos(δ₁)×(-sin(α)), cos(δ₁)×cos(α));n ₁ (sin (δ ₁ ), cos (δ ₁ ) × (-sin (α)), cos (δ ₁ ) × cos (α));

Из условия компланарности векторов Е, K₁, n₁ согласно: М.Я.Выгодский. Справочник по высшей математике. - М.: Изд. Наука, 1977, с.149-150, §115, 116, условие равенства нулю смешанного произведения векторов:From the condition of coplanarity of the vectors E, K ₁ , n ₁ according to: M.Ya. Vygodsky. Handbook of Higher Mathematics. - M.: Publishing. Science, 1977, p.149-150, §115, 116, condition for the mixed product of vectors to be equal to zero:

а(b×с)=аbс=0, следует:a (b × c) = abc = 0, it follows:

Получаем, sin(α)×cos(δ₁)×cos(α)-cos(α)×cos(δ₁)×sin(α)=0.We obtain sin (α) × cos (δ ₁ ) × cos (α) -cos (α) × cos (δ ₁ ) × sin (α) = 0.

Запишем в частной системе координат Х₃Y₃Z₃ положение плоского окна вывода, показанного на Фиг.5: вектор падающей волны К₃ совпадает с осью Z₃, а вектор электрического поля Е совпадает с осью Х₃. Тогда, считая, что δ₃=arctg(√ε) - угол Брюстера, с учетом условия компланарности векторов К₃, Е и n₃ в системе координат Х₃Y₃Z₃ нормаль к окну вывода n₃ можно задать через направляющие косинусы: n₃(sin(δ₃), 0, cos(δ₃));In the particular coordinate system X ₃ Y ₃ Z _{3, we} write the position of the flat output window shown in FIG. 5: the incident wave vector K ₃ coincides with the Z ₃ axis, and the electric field vector E coincides with the X ₃ axis. Then, assuming that δ ₃ = arctan (√ ε) is the Brewster angle, taking into account the coplanarity condition of the vectors K ₃ , E and n ₃ in the coordinate system X ₃ Y ₃ Z _{3, the} normal to the output window n ₃ can be specified through the direction cosines: n ₃ (sin (δ ₃ ), 0, cos (δ ₃ ));

Запишем направляющие косинусы осей частной системы координат Х₃Y₃Z₃ в обобщенной системе координат XYZ:We write the direction cosines of the axes of the particular coordinate system X ₃ Y ₃ Z ₃ in the generalized coordinate system XYZ:

О₃Х₃(1, 0, 0) - совпадающая по направлению с вектором Е;O ₃ X ₃ (1, 0, 0) - coinciding in direction with the vector E;

О₃Y₃(0, -cos(α'), sin(α'))O ₃ Y ₃ (0, -cos (α '), sin (α'))

О₃Z₃(0, sin(α'), cos(α')) - совпадающая по направлению с вектором К₃;О ₃ Z ₃ (0, sin (α '), cos (α')) - coinciding in direction with the vector K ₃ ;

Зная положение вектора n₃ в системе Х₃Y₃Z₃, и положение Х₃Y₃Z₃ относительно обобщенной системы координат XYZ, запишем его координаты в системе координат XYZ согласно: И.Н.Бронштейн и К.А.Семендяев. Справочник по математике. - М.: Гос. изд. физ. мат. литературы, 1962, с.218:Knowing the position of the vector n ₃ in the system X ₃ Y ₃ Z ₃ , and the position X ₃ Y ₃ Z ₃ relative to the generalized coordinate system XYZ, we will write its coordinates in the coordinate system XYZ according to: I.N. Bronstein and K.A.Semendyaev. Math reference. - M .: State. ed. physical mat. literature, 1962, p.218:

n₃(sin(δ₃), соs(δ₃)×sin(α'), соs(δ₃)×cos(α')).n ₃ (sin (δ ₃ ), cos (δ ₃ ) × sin (α '), cos (δ ₃ ) × cos (α')).

n₁(sin(δ₁), cos(δ₁)×(-sin(α)), cos(δ₁)×cos(α))=n₃(sin(δ₃), соs(δ₃)×sin(α'), соs(δ₃)×соs(α'))n ₁ (sin (δ ₁ ), cos (δ ₁ ) × (-sin (α)), cos (δ ₁ ) × cos (α)) = n ₃ (sin (δ ₃ ), cos (δ ₃ ) × sin (α '), cos (δ ₃ ) × cos (α'))

Заменим в правой части равенства δ₃ на δ₁, α' на α, получим:Replace on the right side of the equality δ ₃ by δ ₁ , α 'by α, we get:

n₁(sin(δ₁), cos(δ₁)×(-sin(α)), cos(δ₁)×cos(α))=n₃(sin(δ₁), cos(δ₁)×sin(α), cos(δ₁)×cos(α))n ₁ (sin (δ ₁ ), cos (δ ₁ ) × (-sin (α)), cos (δ ₁ ) × cos (α)) = n ₃ (sin (δ ₁ ), cos (δ ₁ ) × sin (α), cos (δ ₁ ) × cos (α))

Условие равенства направляющих косинусов нормалей n₃=n₁ реализуется только в тривиальном случае. В эксперименте реализация окон ввода и вывода с помощью одной пластины не представляется возможным. Исходя из полученных выражений для нормали окна ввода n₁(sin(δ₁), cos(δ₁)×(-sin(α))×cos(δ₁)×cos(α)) и нормали окна вывода n₃(sin(δ₁), cos(δ₁)×sin(α), cos(δ₁)×cos(α)) мы можем однозначно определить положение в пространстве окна ввода и окна вывода.The condition for the equality of the direction cosines of the normals n ₃ = n ₁ is realized only in the trivial case. In the experiment, the implementation of input and output windows using a single plate is not possible. Based on the obtained expressions for the normal of the input window n ₁ (sin (δ ₁ ), cos (δ ₁ ) × (-sin (α)) × cos (δ ₁ ) × cos (α)) and the normal of the output window n ₃ (sin (δ ₁ ), cos (δ ₁ ) × sin (α), cos (δ ₁ ) × cos (α)) we can uniquely determine the position in space of the input window and output window.

Установка окон ввода и вывода проводится в два приема:Installation of input and output windows is carried out in two stages:

1. Окна поворачиваются относительно оси Х в обобщенной системе координат на угол δ₁,1. Windows rotate about the X axis in a generalized coordinate system at an angle δ ₁ ,

2. Следуя условию -sin(α)=sin(-α), окно вывода поворачивается относительно оси Y на угол α, а окно ввода на угол - α.2. Following the condition -sin (α) = sin (-α), the output window rotates relative to the Y axis by the angle α, and the input window rotates by the angle α.

Для доказательства преимущества предлагаемого технического решения проведены расчетные эксперименты, результаты которых представлены ниже.To prove the advantages of the proposed technical solution, computational experiments were carried out, the results of which are presented below.

На фиг.6 представлен результат расчета частотной зависимости коэффициента прохождения через камеру без образца (фиг.1) при ТР поляризации (вектор электрического поля Е лежит в плоскости падения). Расчет проведен для камеры со следующими параметрами: диэлектрическая проницаемость окон ввода и вывода электромагнитной волны ε₁=ε₃=3,8, толщина окна ввода h=10 мм, толщина окна вывода n₃=10 мм, для угла Брюстера δ₁=δ₃=62,84 град. Из фиг.3 видно, что изменения коэффициента прохождения в полосе частот от 1 до 50 ГГц с камерой и без нее составили не более 0,045%, что доказывает незначительное влияние параметров устройств ввода излучения камеры на коэффициент прохождения электромагнитной волны.Figure 6 presents the result of calculating the frequency dependence of the coefficient of passage through the camera without a sample (figure 1) with TP polarization (the electric field vector E lies in the plane of incidence). The calculation was carried out for a camera with the following parameters: dielectric constant of the input and output windows of the electromagnetic wave ε ₁ = ε ₃ = 3.8, input window thickness h = 10 mm, output window thickness n ₃ = 10 mm, for the Brewster angle δ ₁ = δ ₃ = 62.84 degrees Figure 3 shows that the changes in the transmission coefficient in the frequency band from 1 to 50 GHz with and without a camera amounted to no more than 0.045%, which proves the insignificant effect of the parameters of the camera radiation input devices on the transmission coefficient of the electromagnetic wave.

На фиг.7 представлены результаты расчетов частотных зависимостей коэффициента прохождения через плоскую пластину при нормальных условиях с камерой и без нее.Figure 7 presents the results of calculating the frequency dependences of the coefficient of transmission through a flat plate under normal conditions with and without a camera.

Зависимость 1 рассчитана для свободно расположенной плоской пластины с диэлектрической проницаемостью ε=3,0 и толщиной h=10 мм при нормальном падении плоской волны α=0 град для TS поляризации (вектор электрического поля перпендикулярен плоскости падения).Dependence 1 is calculated for a freely located flat plate with a dielectric constant ε = 3.0 and a thickness h = 10 mm with a normal plane wave incidence α = 0 deg for TS polarization (the electric field vector is perpendicular to the plane of incidence).

Зависимость 2, полностью совпадающая на фиг.3 с зависимостью 1, рассчитана для расположенной в камере, выполненной по предлагаемому техническому решению, плоской пластины с диэлектрической проницаемостью 8=3,0 и толщиной h=10 мм при нормальном падении плоской волны α=0 град для TS поляризации.Dependence 2, completely coinciding in Fig. 3 with dependence 1, was calculated for a flat plate with a dielectric constant of 8 = 3.0 and a thickness of h = 10 mm located in a chamber made according to the proposed technical solution with a normal incidence of a plane wave of α = 0 deg for TS polarization.

Зависимость 3 рассчитана для той же пластины, но расположенной в камере в которой в отличии от предлагаемого технического решения антенны излучают и принимают не ТР-, а TS-поляризацию.Dependence 3 is calculated for the same plate, but located in a chamber in which, in contrast to the proposed technical solution, the antennas emit and receive not TS, but TS polarization.

Зависимость 4 рассчитана для той же пластины, но расположенной в камере, в которой в отличие от предлагаемого технического решения антенны излучают и принимают не ТР, а TS поляризацию, окна расположены под нулевым углом падения.Dependence 4 is calculated for the same plate, but located in the chamber, in which, in contrast to the proposed technical solution, the antennas emit and receive not TS, but TS polarization, the windows are located at a zero angle of incidence.

Из представленных зависимостей на фиг.7 видно, что использование камеры, выполненной по предлагаемому техническому решению (фиг.1), для измерения коэффициента прохождения плоской пластины не влияет на выходные параметры, а результаты измерений совпадают с результатами расчетов для свободно расположенной пластины. Изменение в техническом решении поляризации падающей волны или угла падения волны на окна ввода и вывода электромагнитной энергии приводят к значительному понижению коэффициента прохождения по сравнению с результатами расчета свободно расположенной пластины.From the presented dependencies in Fig.7 shows that the use of a camera made according to the proposed technical solution (Fig.1), for measuring the transmission coefficient of a flat plate does not affect the output parameters, and the measurement results coincide with the calculation results for a freely located plate. A change in the technical solution of the polarization of the incident wave or the angle of incidence of the wave on the input and output windows of electromagnetic energy leads to a significant decrease in the transmission coefficient compared with the calculation results of a freely located plate.

На фиг.8 представлены результаты расчетов частотных зависимостей модуля коэффициента прохождения плоской пластины из аморфного кварца (диоксид кремния SiO₂) при нагреве от 20 до 1200°С в камере и в свободном пространстве.On Fig presents the results of calculating the frequency dependences of the module transmission coefficient of a flat plate of amorphous quartz (silicon dioxide SiO ₂ ) when heated from 20 to 1200 ° C in the chamber and in free space.

Зависимость 1 рассчитана для камеры, выполненной по предложенному техническому решению без образца. Видно, что КП (F) не изменяется более чем на 0,05% от 100%.Dependence 1 is calculated for a camera made according to the proposed technical solution without a sample. It is seen that the KP (F) does not change by more than 0.05% from 100%.

Зависимость 2 рассчитана для камеры с образцом плоской пластины с диэлектрической проницаемостью ε=3,8 тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ=0,0001, соответствующих температуре 20°С, и толщиной h=10 мм при нормальном падении плоской волны α=0 град для TS поляризации (вектор электрического поля перпендикулярен плоскости падения волны на пластину).Dependence 2 was calculated for a chamber with a sample of a flat plate with a dielectric constant ε = 3.8 with a dielectric loss tangent tanδ = 0.0001 corresponding to a temperature of 20 ° C and a thickness h = 10 mm for a normal plane wave incidence α = 0 deg for TS polarization (the electric field vector is perpendicular to the plane of wave incidence on the plate).

Зависимость 3 рассчитана для свободного образца плоской пластины с диэлектрической проницаемостью 8=3,8 тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ=0,0001, соответствующих температуре нагрева 20°С, и толщиной h=10 мм при нормальном падении плоской волны α=0 град для TS поляризации. Видно, что зависимости 2 и 3 совпадают.Dependence 3 is calculated for a free sample of a flat plate with a dielectric constant of 8 = 3.8 with a dielectric loss tangent tanδ = 0.0001 corresponding to a heating temperature of 20 ° C and a thickness of h = 10 mm with a normal plane wave incidence of α = 0 deg for TS polarization. It can be seen that dependences 2 and 3 coincide.

Зависимость 4 рассчитана для свободного образца плоской пластины с диэлектрической проницаемостью s=4,1 тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ=0,0010, соответствующих температуре нагрева 1200°С, и толщиной h=10 мм при нормальном падении плоской волны α=0 град для TS поляризации.Dependence 4 is calculated for a free sample of a flat plate with a dielectric constant s = 4.1 with a dielectric loss tangent tanδ = 0.0010 corresponding to a heating temperature of 1200 ° C and a thickness h = 10 mm for a normal plane wave incidence α = 0 deg for TS polarization.

Зависимость 5 рассчитана для камеры с образцом плоской пластины с диэлектрической проницаемостью ε=4,1 тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ=0,0010, соответствующих температуре нагрева 1200°С, и толщиной h=10 мм при нормальном падении плоской волны α=0 град для TS поляризации. Видно, что зависимости 4 и 5 совпадают.Dependence 5 was calculated for a chamber with a sample of a flat plate with a dielectric constant ε = 4.1, the dielectric loss tangent tanδ = 0.0010, corresponding to a heating temperature of 1200 ° C, and a thickness h = 10 mm for a normal plane wave incidence of α = 0 deg for TS polarization. It can be seen that dependences 4 and 5 coincide.

Из сравнительного анализа зависимостей на фиг.8 можно сделать вывод о том, что для измерений изменения диэлектрической проницаемости пластины материала, связанной с нагревом параметры окон ввода и вывода излучения камеры, не влияют на результаты эксперимента во всей полосе частот.From a comparative analysis of the dependences in Fig. 8, we can conclude that for measuring changes in the dielectric constant of a material plate associated with heating, the parameters of the input and output windows of the camera radiation do not affect the experimental results in the entire frequency band.

На фиг.9 представлены сравнительные результаты расчетов частотных зависимостей изменения модуля коэффициента прохождения плоской пластины из аморфного кварца (диоксид кремния SiO₂) при нагреве от 20 до 1200°С в камере и в свободном пространстве.Figure 9 presents the comparative results of calculating the frequency dependences of the modulus of the transmission coefficient of the flat plate of amorphous quartz (silicon dioxide SiO ₂ ) when heated from 20 to 1200 ° C in the chamber and in free space.

Зависимость 1 соответствует изменению разности частотных зависимостей изменения модуля коэффициента прохождения плоской пластины из аморфного кварца (диоксид кремния SiO₂) при нагреве от 20 до 1200°С в камере (соответствует разности зависимостей 3 и 4 на фиг.4).Dependence 1 corresponds to a change in the frequency dependence of the change in the modulus of transmission coefficient of a flat plate of amorphous quartz (silicon dioxide SiO ₂ ) when heated from 20 to 1200 ° C in the chamber (corresponds to the difference in dependencies 3 and 4 in Fig. 4).

Зависимость 2 соответствует изменению разности частотных зависимостей изменения модуля коэффициента прохождения плоской пластины из аморфного кварца (диоксид кремния SiO₂) при нагреве от 20 до 1200°С в свободном пространстве (соответствует разности зависимостей 2 и 5 на фиг.4).Dependence 2 corresponds to a change in the frequency dependence of the change in the modulus of transmission coefficient of a flat plate of amorphous quartz (silicon dioxide SiO ₂ ) when heated from 20 to 1200 ° C in free space (corresponds to the difference of dependencies 2 and 5 in Fig. 4).

Из фиг.9 видно, что зависимости 1 и 2 совпадают, что подтверждает применение предложенного технического решения для измерения диэлектрической проницаемости плоской пластины при воздействии внешних факторов с применением камеры.Figure 9 shows that the dependences 1 and 2 coincide, which confirms the application of the proposed technical solution for measuring the dielectric constant of a flat plate when exposed to external factors using a camera.

На фиг.10 представлены результаты расчетов частотных зависимостей фазы коэффициента прохождения плоской пластины из аморфного кварца (диоксид кремния SiO₂) при нагреве от 20 до 1200°С в камере и в свободном пространстве.Figure 10 presents the results of calculating the frequency dependences of the phase transmission coefficient of a flat plate of amorphous quartz (silicon dioxide SiO ₂ ) when heated from 20 to 1200 ° C in the chamber and in free space.

Зависимость 1 рассчитана для камеры, выполненной по предложенному техническому решению без образца.Dependence 1 is calculated for a camera made according to the proposed technical solution without a sample.

Зависимость 2 рассчитана для камеры и плоской пластины с диэлектрической проницаемостью ε=3,8 тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ=0,0001, соответствующих температуре 20°С, и толщиной h=10 мм при нормальном падении плоской волны α=0 град для TS поляризации (вектор электрического поля перпендикулярен плоскости падения волны на пластину).Dependence 2 is calculated for a chamber and a flat plate with a dielectric constant ε = 3.8 with a dielectric loss tangent tanδ = 0.0001 corresponding to a temperature of 20 ° C and a thickness h = 10 mm for a normal plane wave incidence α = 0 deg for TS polarization (the electric field vector is perpendicular to the plane of wave incidence on the plate).

Зависимость 3 рассчитана для свободного образца плоской пластины с диэлектрической проницаемостью ε=3,8 тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ=0,0001, соответствующих температуре нагрева 20°С, и толщиной h=10 мм при нормальном падении плоской волны α=0 град для TS поляризации.Dependence 3 was calculated for a free sample of a flat plate with a dielectric constant ε = 3.8 with a dielectric loss tangent tanδ = 0.0001 corresponding to a heating temperature of 20 ° C and a thickness h = 10 mm for a normal plane wave incidence α = 0 deg for TS polarization.

Зависимость 4 рассчитана для свободного образца плоской пластины с диэлектрической проницаемостью ε=4,1 тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ=0,0010, соответствующих температуре нагрева 1200°С, и толщиной h=10 мм при нормальном падении плоской волны α=0 град для TS поляризации.Dependence 4 was calculated for a free sample of a flat plate with a dielectric constant ε = 4.1 with a dielectric loss tangent tanδ = 0.0010 corresponding to a heating temperature of 1200 ° C and a thickness h = 10 mm for a normal plane wave incidence α = 0 deg for TS polarization.

Зависимость 5 рассчитана для камеры и плоской пластины с диэлектрической проницаемостью ε=4,1 тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ=0,0010, соответствующих температуре нагрева 1200°С, и толщиной h=10 мм при нормальном падении плоской волны α=0 град для TS поляризации.Dependence 5 is calculated for a chamber and a flat plate with a dielectric constant ε = 4.1 with a dielectric loss tangent tanδ = 0.0010 corresponding to a heating temperature of 1200 ° C and a thickness h = 10 mm for a normal plane wave incidence α = 0 deg for TS polarization.

На фиг.11 представлены сравнительные результаты расчетов частотных зависимостей относительного изменения фазы коэффициента прохождения плоской пластины из аморфного кварца (диоксид кремния SiO₂) при нагреве от 20 до 1200°С в камере и в свободном пространстве.Figure 11 presents the comparative results of calculating the frequency dependences of the relative phase change of the transmission coefficient of a flat plate of amorphous quartz (silicon dioxide SiO ₂ ) when heated from 20 to 1200 ° C in the chamber and in free space.

Зависимость 1 соответствует относительному изменению разности частотных зависимостей изменения фазы коэффициента прохождения плоской пластины из аморфного кварца (диоксид кремния SiO₂) при нагреве от 20 до 1200°С в камере (соответствует разности зависимостей 3 и 4 на фиг.6).Dependence 1 corresponds to the relative change in the frequency dependence of the phase change in the transmission coefficient of an amorphous quartz flat plate (silicon dioxide SiO ₂ ) when heated from 20 to 1200 ° C in the chamber (corresponds to the difference in dependencies 3 and 4 in FIG. 6).

Зависимость 2 соответствует относительному изменению разности частотных зависимостей изменения фазы коэффициента прохождения плоской пластины из аморфного кварца (диоксид кремния SiO₂) при нагреве от 20 до 1200°С в свободном пространстве (соответствует разности зависимостей 2 и 5 на фиг.6).Dependence 2 corresponds to a relative change in the frequency dependence of the phase change in the transmission coefficient of an amorphous quartz flat plate (silicon dioxide SiO ₂ ) when heated from 20 to 1200 ° C in free space (corresponds to the difference in dependencies 2 and 5 in FIG. 6).

Из фиг.11 видно, что зависимости 1 и 2 совпадают, что подтверждает применение предложенного технического решения для измерения свойств плоской пластины при воздействии внешних факторов с применением камеры.11 shows that the dependencies 1 and 2 coincide, which confirms the application of the proposed technical solution for measuring the properties of a flat plate when exposed to external factors using the camera.

На фиг.12 представлены сравнительные результаты расчетов частотных зависимостей изменения модуля коэффициента прохождения плоской пластины из аморфного кварца (диоксид кремния SiO₂) толщиной 10 мм при нагреве в камере.On Fig presents comparative results of calculating the frequency dependences of the change in the modulus of transmission coefficient of a flat plate of amorphous quartz (silicon dioxide SiO ₂ ) with a thickness of 10 mm when heated in a chamber.

Зависимости 1, 2 соответствует изменению разности частотных зависимостей изменения модуля коэффициента прохождения плоской пластины при изменении диэлектрической проницаемости от ε₂₀=3,8 до ε=3,9 в камере 1 и в свободном пространстве 2.Dependencies 1, 2 correspond to a change in the difference in the frequency dependences of the change in the modulus of the transmission coefficient of a flat plate with a change in the dielectric constant from ε ₂₀ = 3.8 to ε = 3.9 in chamber 1 and in free space 2.

Зависимости 3, 4 соответствует изменению разности частотных зависимостей изменения модуля коэффициента прохождения плоской пластины при изменении диэлектрической проницаемости от ε₂₀=3,8 до ε=4,0 в камере 3 и в свободном пространстве 4.Dependencies 3, 4 correspond to a change in the frequency dependence of the change in the modulus of the transmission coefficient of a flat plate with a change in the dielectric constant from ε ₂₀ = 3.8 to ε = 4.0 in chamber 3 and in free space 4.

Зависимости 5, 6 соответствует изменению разности частотных зависимостей изменения модуля коэффициента прохождения плоской пластины при изменении диэлектрической проницаемости от ε₂₀=3,8 до ε=4,1 в камере 5 и в свободном пространстве 6.Dependencies 5, 6 correspond to a change in the frequency dependence of the change in the modulus of the transmission coefficient of a flat plate with a change in dielectric constant from ε ₂₀ = 3.8 to ε = 4.1 in chamber 5 and in free space 6.

Из сравнения расчетных зависимостей на фиг.12 видно, что увеличение изменения диэлектрической проницаемости приводит к увеличению изменения модуля коэффициента прохождения, а значит, путем сравнения зависимостей, можно определить диэлектрическую проницаемость пластины.From a comparison of the calculated dependencies in FIG. 12, it can be seen that an increase in the change in dielectric constant leads to an increase in the change in the modulus of the transmission coefficient, and therefore, by comparing the dependences, the dielectric constant of the plate can be determined.

Устройство для определения диэлектрической проницаемости образца материала при воздействии внешних факторов в камере по предлагаемому техническому решению может использоваться при исследовании быстроизменяющихся процессов в области физики и биологии.A device for determining the dielectric constant of a material sample under the influence of external factors in the chamber according to the proposed technical solution can be used in the study of rapidly changing processes in the field of physics and biology.

Толщина стенок окон камеры может изменяться в широких пределах и при этом незначительно искажать проходящее поле. Изменение диэлектрической проницаемости окон также незначительно искажает проходящее поле.The wall thickness of the windows of the camera can vary within wide limits and at the same time slightly distort the passing field. The change in the dielectric constant of the windows also slightly distorts the transmitted field.

Устройство для определения диэлектрической проницаемости образца материала при воздействии внешних факторов, выполненное по предлагаемому изобретению, по сравнению с известными устройствами, в широкой полосе частот вносит минимальные искажения в поле падающей волны и обладает наилучшими радиотехническими характеристиками.The device for determining the dielectric constant of a material sample when exposed to external factors, made according to the invention, in comparison with known devices, in a wide frequency band introduces minimal distortion in the field of the incident wave and has the best radio technical characteristics.

Источники информацииInformation sources

1. Воробьев Е.А., Михайлов В.Ф., Харитонов А.А. СВЧ-диэлектрики в условиях высоких температур. - М.: Сов. Радио, 1977.1. Vorobyov EA, Mikhailov V.F., Kharitonov A.A. Microwave dielectrics at high temperatures. - M .: Owls. Radio, 1977.

2. Михайлов В.Ф., Победоносцев К.А., Брагин И.В. Прогнозирование эксплуатационных характеристик антенн с теплозащитой. - С-Петербург, Судостроение, 1994, 300 с. (стр.168-169).2. Mikhailov V.F., Pobedonostsev K.A., Bragin I.V. Prediction of the operational characteristics of antennas with thermal protection. - St. Petersburg, Shipbuilding, 1994, 300 p. (p. 168-169).

3. Авторское свидетельство СССР №1775686, кл. G01r 27/26, опубл 15.12.1992 г., Бюл. №42, для измерения диэлектрической проницаемости.3. USSR copyright certificate No. 1775686, cl. G01r 27/26, publ. 12/15/1992, bull. No. 42, for measuring the dielectric constant.

ДополнительноAdditionally

1. Free space material measurement seminar. (Измерения в свободном пространстве). Sourcebook. http://www.home.agilent.com/upload/cmc-upload/All/FreeSpaceSeminarRev2.pdf1. Free space material measurement seminar. (Measurements in free space). Sourcebook http://www.home.agilent.com/upload/cmc-upload/All/FreeSpaceSeminarRev2.pdf

2. Крылов В.П. Измерение диэлектрических свойств диоксида кремния на частоте 10¹⁰ ГГц при нагреве до 1200°С в цилиндрическом волноводном резонаторе. - Заводская лаборатория. Диагностика материалов., т.73, №9, 2007, с 47-49.2. Krylov V.P. Measurement of the dielectric properties of silicon dioxide at a frequency of 10 ¹⁰ GHz when heated to 1200 ° C in a cylindrical waveguide resonator. - Factory laboratory. Diagnostics of materials., T. 73, No. 9, 2007, from 47-49.

3. Воробьев Е.А. Теплофизические погрешности измерения температурных зависимостей относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь термостойких диэлектриков на СВЧ в методе свободного пространства. - Дефектоскопия, №3, 2002, с31-47.3. Vorobyov EA Thermophysical errors in measuring the temperature dependences of the relative dielectric constant and the tangent of the dielectric loss angle of heat-resistant dielectrics on microwave in the free space method. - Flaw detection, No. 3, 2002, s31-47.

4. М.Борн, Э.Вольф. Основы оптики. - М.: Издательство Наука 1973, 73-82.4. M. Born, E. Wolf. The basics of optics. - M.: Publishing House Science 1973, 73-82.

5. И.Н.Мешков, Б.В.Чириков Электромагнитное поле. Часть 1, - Новосибирск: Издательство «Наука», Сибирское отделение, 1987, стр.198-200].5. I.N. Meshkov, B. V. Chirikov Electromagnetic field. Part 1, - Novosibirsk: Publishing House "Science", Siberian Branch, 1987, p.198-200].

6. И.Н.Бронштейн и К.А.Семендяев Справочник по математике:. - М.: Гос. изд. физ. мат.литературы, 1962, с.218.6. I. N. Bronstein and K. A. Semendyaev. Handbook of mathematics :. - M .: State. ed. physical Mat. Literature, 1962, p. 218.

7. М.Я.Выгодский Справочник по высшей математике. - М.: Изд. Наука, 1977, с.149-150, §115, 116.7. M.Ya. Vygodsky Handbook of Higher Mathematics. - M.: Publishing. Science, 1977, p.149-150, §115, 116.

Claims

A device for determining the dielectric constant of a sample of material under the influence of external factors, comprising a radiating generator transmitting a linearly polarized antenna, a camera for receiving a flat sample of the test material, a receiving linearly polarized antenna, a receiver recording device, characterized in that the camera is equipped with flat radio-transparent input windows and radiation output, as well as either mechanisms and sensors of rotation of the sample in the plane of incidence of radiation and perpendicular to it, or by anisms and rotation sensors of the radiation input and output windows in the plane of wave incidence and perpendicular to it, the transmitting antenna is oriented relative to the radiation input window at a Brewster angle so that its electric field vector lies in the plane of radiation incidence on the input window, and the receiving antenna is oriented relative to the window radiation output at a Brewster angle so that the vector of its electric field lies in the plane of radiation incidence on the output window.