SU1569744A1 - Method of measuring complex reflection factor of materials in close zone - Google Patents

Method of measuring complex reflection factor of materials in close zone Download PDF

Info

Publication number
SU1569744A1
SU1569744A1 SU884446101A SU4446101A SU1569744A1 SU 1569744 A1 SU1569744 A1 SU 1569744A1 SU 884446101 A SU884446101 A SU 884446101A SU 4446101 A SU4446101 A SU 4446101A SU 1569744 A1 SU1569744 A1 SU 1569744A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
measure
antenna
sample
reflection coefficient
complex
Prior art date
Application number
SU884446101A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Николаевич Кубрак
Original Assignee
Научно-Производственное Объединение "Сибирский Государственный Научно-Исследовательский Институт Метрологии"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-Производственное Объединение "Сибирский Государственный Научно-Исследовательский Институт Метрологии" filed Critical Научно-Производственное Объединение "Сибирский Государственный Научно-Исследовательский Институт Метрологии"
Priority to SU884446101A priority Critical patent/SU1569744A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1569744A1 publication Critical patent/SU1569744A1/en

Links

Abstract

Изобретение относитс  к технике измерений на СВЧ. Цель изобретени  - повышение точности измерений. Сущность данного способа измерени  комплексного коэффициентв отражени  (КО) материалов в ближней зоне по сн етс  устройством, в котором сигнал с г-ра 1 СВЧ поступает на направленный ответвитель 2 и далее через приемно-передающую антенну 3 излучаетс  в свободное пространство. В ближней зоне антенны 3 на механизме 4 перемещени  располагаетс  мера КО или исследуемый образец 5. Отраженный от меры КО или от образца 5 сигнал снова поступает в антенну 3, выдел етс  направленным ответвителем 2 и подаетс  на амплифазометр 6. Информаци  об амплитуде и фазе отраженной волны с амплифазометра 6 поступает на ЭВМ 7. На нее же поступают данные о положении меры КО или образца 5. Производ  обработку данных, ЭВМ 7 вычисл ет комплексный КО образца 5. Дл  повышени  точности измерени , перемещение меры КО или образца 5 осуществл ют на рассто ние, большее половины длины волны а фазу волны на выходе антенны 3 дополнительно регистрируют при рассто ни х между апертурой антенны 3 и мерой КО или образца 5, равных не более четверти длины волны. 1 ил.This invention relates to a microwave measurement technique. The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy. The essence of this method of measuring the complex reflection coefficient (QO) of materials in the near zone is explained by a device in which the signal from r-1 microwave reaches the directional coupler 2 and then is transmitted through the receiving-transmitting antenna 3 to free space. In the near zone of the antenna 3, a QO measure or sample 5 is located on the movement mechanism 4. The signal reflected from the QO measure or from sample 5 again enters the antenna 3, is allocated by the directional coupler 2 and is fed to the amplifier 6. Information about the amplitude and phase of the reflected wave Amplification meter 6 arrives at the computer 7. It also receives data on the position of the QO measure or sample 5. When processing the data, the computer 7 calculates the complex QO of the sample 5. To improve the measurement accuracy, move the measure of the QO or sample 5 For more than half the wavelength, the phase of the wave at the output of the antenna 3 is additionally recorded at distances between the aperture of the antenna 3 and the measure TO or sample 5 equal to not more than a quarter of the wavelength. 1 il.

Description

Изобретение относитс  к технике измерений на сверхвысоких частотах и может быть использовано при создании установок дл  измерений парамет- ров материалов в свободном пространстве .The invention relates to a technique for measuring at ultrahigh frequencies and can be used to create installations for measuring parameters of materials in free space.

Использование методов измерений коэффициента отражени  (КО) в свободном пространстве позвол ет осу- ществл ть неразрушающий контроль при разработке и производстве материалов, исследовать крупноструктурные матери- алы и т.д.The use of reflection coefficient (QO) measurement methods in free space allows non-destructive testing to be carried out in the development and production of materials, to investigate coarse-grained materials, etc.

Целью изобретени   вл етс  повы- шение точности измерений.The aim of the invention is to improve the measurement accuracy.

На чертеже изображено устройство дл  осуществлени  способа измерени  комплексного коэффициента отражени  материалов в ближней зоне.The drawing shows a device for carrying out a method for measuring the complex reflection coefficient of materials in the near zone.

Устройство содержит СВЧ-генератор 1, направленный ответвитель 2, прием но-передающую антенну 3, механизм 4 перемещени , исследуемый образец 5, амплифазометр 6, ЭВМ 7.The device contains a microwave generator 1, a directional coupler 2, a receiving-transmitting antenna 3, a movement mechanism 4, the sample under study 5, an amplifier 6, a computer 7.

Измерение комплексного коэффициента отражени  состоит из следующей последовательности операций: перемещение вдоль оптической оси антенны на рассто ние, большее половины длины волны, меры КО и измерение в равноотсто щих точках, рассто ние между которыми не превышает четверти длины волны, комплексных отсчетов N. амплитуды и фазы волны; перемещение вдоль оптической оси антенны исследуемого образца и измерение в тех же точках, что и меры КО, комплексных отсчетов N-0 амплитуды и фазы волны.The measurement of the complex reflection coefficient consists of the following sequence of operations: moving along the optical axis of the antenna for a distance greater than half the wavelength, QO measure and measuring at equal points, the distance between which does not exceed a quarter of the wavelength, complex samples N. amplitude and phase waves; moving along the optical axis of the antenna of the sample under study and measuring at the same points as the KO measures, complex samples of N-0 amplitude and phase of the wave.

Под комплексными отсчетами ампли- туды и фазы волны подразумеваетс By complex wave amplitude and phase readings is meant

NN

10ten

N - : шN -: w

|N,.e| N, .e

IN, IN,

а1 ,A1,

ш sh

где |N,-01, I N.;M|- модули отсчета амплитуды волны в измерительном канале;where | N, -01, I N.; M | - modules of the reference wave amplitude in the measuring channel;

10 м Фазы волны. Комплексный коэффициент отражени  исследуемого образца вычисл етс  по формуле10 m Phase wave. The complex reflection coefficient of the sample under study is calculated by the formula

гм Z- N.-.eum z- n .-. e

W(i) W (i)

(1)(one)

гдеWhere

комплексный коэффициент отражени  меры КО;complex coefficient of reflection of the measure KO;

п - число отсчетов; R. - рассто ние от меры КО или исследуемого образца до апертуры антенны; - длина волны в свободном пространстве; W(i) - весова  функци .n is the number of counts; R. is the distance from the QO measure or the sample under study to the antenna aperture; - wavelength in free space; W (i) is a weight function.

Согласно концепции парциальных волн поле между антенной и образцом может быть представлено в виде суммы парциальных плоских падающих и отраженных волн, распростран ющихс  под различными углами к оптической оси антенны. Структура пол  в ближней зоне антенны не  вл етс  плоской ТЕМ-волной. Амплитуды всех падающих на антенну парциальных волн суммируютс  с весовыми коэффициентами. Коэффициент отражени   вл етс  функцией рассто ни  от апертуры антенны до образца R . Выполнив по аналогии с частотным методом анализа в радиотехнических цеп х преобразование Фурье с интегрированием по параметру R. сигнала, можно найти спектральную плотность, величина которой пропорциональна амплитуде соответствующей парциальной волны. Коэффициент отражени  при нормальном падении электромагнитной волны св зан с парциальной волной, распростран ющейс  вдоль оптической оси антенны. Дл  этой волны пространственна  частота равнаAccording to the concept of partial waves, the field between the antenna and the sample can be represented as a sum of partial plane incident and reflected waves propagating at different angles to the optical axis of the antenna. The field structure in the near field of the antenna is not a flat TEM wave. The amplitudes of all partial waves incident on the antenna are summed with the weights. The reflection coefficient is a function of the distance from the antenna aperture to sample R. By performing, by analogy with the frequency method of analysis in radio engineering chains, the Fourier transform with integration by the parameter R. of the signal, one can find the spectral density, the value of which is proportional to the amplitude of the corresponding partial wave. The reflection coefficient at the normal incidence of an electromagnetic wave is associated with a partial wave propagating along the optical axis of the antenna. For this wave, the spatial frequency is

4Я / и .. - - (.знак - св зан с выбором усл4I / s .. - - (. The sign - associated with the choice of

ловно-положительных направлений и имет размерность ). Так как падающие на антенну парциальные волны пропорциональны коэффициентам отражени  мер КО и исследуемого образца, тоfishing-positive directions and its dimension). Since the partial waves incident on the antenna are proportional to the reflection coefficients of the QO measures and the sample under study,

4545

.-.-

s;rf)s; rf)

(2)(2)

5five

00

где S0,SM- спектральные плотности при перемещении меры КО и исследуемого образца. Iwhere S0, SM are the spectral densities when moving the KO measure and the sample under study. I

При измерени х определ етс  конечное число отсчетов на выбранном интервале изменени  R, поэтому спектральные плотности должны вычисл тьс  на основе дискретного преобразовани  Фурье (ДПФ) с весовой функцией W(i), называемой коррел ционным окном, котора  вводитс  дл  уменьшени  вли ни  конечности интервала наблюдени ,When measuring, a finite number of samples is determined at a selected interval of R, therefore, the spectral densities should be calculated based on a discrete Fourier transform (DFT) with a weighting function W (i), called a correlation window, which is introduced to reduce the limiting effect of the observation interval ,

5five

Выбор конкретного окна не играет су- щественной роли при измерении энергии спектральных гармоник с помощью ДПФ. Критерием выбора соответствующе функции W(i) может быть требование минимизации смещени  оценки спектралной плотности. Этому требованию в наибольшей степени удовлетвор ют окно Кайзера-Бессел The choice of a specific window does not play a significant role in measuring the energy of spectral harmonics using the DFT. The criterion for choosing the appropriate function W (i) can be the requirement to minimize the displacement of the spectral density estimate. This requirement is most satisfied with the Kaiser-Bessel window.

деde

W(i) W (i)

In( )In ()

ь иb and

о/ N . about / n.

модифицированна  функци  Бессел  первого рода нулевого пор дка; параметр, задающий полосу пропускани  коррел ционного окна; число отсчетов; a modified Bessel function of the first kind of zero order; the parameter specifying the bandwidth of the correlation window; number of counts;

. ,/ N 1(2. / N 1 (2

Окно Блэкмана-ХэррисаBlackman-Harris Window

W(i)a0-af- cos(-- i)+ar cos (--)- ,6fW (i) a0-af-cos (- i) + ar cos (-) -, 6f

-a-a

ycos(-- i),ycos (- i),

а ...а. - весовые коэффициенты, определ емые в зависимости от уровн  боковых лепестков из таблицы: ,1,2,...,N-1.a ... a - weighting factors determined depending on the level of side lobes from the table:, 1,2, ..., N-1.

При реализации способа измерени  комплексного коэффициента отражени  материалов в ближней зоне примен лось коррел ционное окно Блэкмана-Хэрисса с уровнем боковых лепестков -67 дБ, При внесении спектральных плотнос4t теи на частоте - - в виде дискретноАWhen implementing the method of measuring the complex reflection coefficient of materials in the near zone, a Blackman-Hariss correlation window was used with side lobes level of -67 dB. When adding spectral densities at a frequency of - - in discrete form

го преобразовани  Фурье ДПФ с весовой функцией W(i) выражение (2) приводит- ,с  к выражению (1). Дл  более точно- го определени  спектральных плотностей интервал наблюдени  должен соот- 1ветствовать нескольким периодам исследуемой частоты, а частота дискре0of the Fourier transform of the DFT with the weight function W (i), expression (2) leads to expression (1). To more accurately determine the spectral densities, the observation interval should correspond to several periods of the frequency under study, and the frequency of

5five

00

5five

00

5five

00

5five

00

5five

газации превышать ее не менее, чем .-. в два раза. Поэтому перемещение меры КО и исследуемого образца осуществл ют на рассто ние, большее половины длины волны, а амплитуду и фазу волны регистрируют при положении меры КО и исследуемого образца в точках, рассто ние между которыми не превышает четверти длины волны.gasation exceed it no less than .-. twice. Therefore, the displacement of the QO measure and the sample under study is carried out over a distance greater than half the wavelength, and the amplitude and phase of the wave are recorded when the KO measure and the test sample are positioned at points whose distance does not exceed a quarter of the wavelength.

Полученные данные позвол ют вычислить спектральные плотности плоских парциальных волн, распростран ющихс  по нормали к поверхности меры КО и исследуемого образца, и тем самым исключить вли ние искажений пол  в ближней зоне в св зи с отличием структуры пол  от ТЕМ-волны на результаты измерени  комплексного коэффициента отражени .The data obtained allow us to calculate the spectral densities of plane partial waves propagating along the normal to the surface of the TO measure and the sample under study, and thereby eliminate the effect of field distortions in the near zone due to the difference in the field structure from the TEM wave on the results of measuring the complex coefficient reflections.

Устройство дл  осуществлени  способа измерени  комплексного коэффициента отражени  материалов в ближней зоне работает следующим образом.An apparatus for carrying out the method for measuring the complex reflection coefficient of materials in the near zone works as follows.

С генератора I СВЧ сигнал поступает на направленный ответвитель 2 и далее через приемно-передающую антенну 3 излучаетс  в свободное пространство . В ближней зоне антенны на механизме 4 перемещени  располагаетс  мера КО или исследуемый образец 5. Отраженный от меры КО или исследуемого образца сигнал поступает снова в приемно-передающую антенну 3, выдел етс  направленным ответвителемFrom the generator I, the microwave signal arrives at the directional coupler 2 and then is transmitted through the receiving-transmitting antenna 3 to free space. In the near zone of the antenna, on the movement mechanism 4, a QO measure or sample under test 5. A signal reflected from the KO measure or sample under study is fed back to the receiving-transmitting antenna 3, which is separated by a directional coupler

2 и подаетс  на амплифазометр 6. Информаци  об амплитуде и фазе отраженной волны с амплифазометра 6 поступает на ЭВМ 7. На нее же поступают данные о положении меры КС или исследуемого образца. Производ  обработку данных согласно (1), ЭВМ вычисл ет комплексный коэффициент отражени  исследуемого образца.2 and is fed to the amplifier 6. The information about the amplitude and phase of the reflected wave from the amplifier 6 goes to the computer 7. It also receives data on the position of the CS measure or the sample under study. Performing data processing according to (1), the computer calculates the complex reflection coefficient of the sample under study.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Способ измерени  комплексного Коэффициента отражени  материалов в ближней зоне, заключающийс  в поочередном облучении антенной меры коэффициента отражени  и исследуемого образца и их перемещении вдоль оптической оси антенны и регистрации амплитуды волны на выходе антенны, отличающийс  тем, что,- с целью повышени  точности, перемещение меры коэффициента отражени  и исследуемого образца осуществл ют наThe method of measuring the complex reflection coefficient of materials in the near zone, which consists in alternately irradiating the antenna measure of the reflection coefficient and the sample under study and moving them along the optical axis of the antenna and registering the amplitude of the wave at the antenna output, characterized in that, in order to improve the accuracy, move the measure of the coefficient reflections and sample to be examined are performed on рассто ние, большее половины длины волны, дополнительно регистрируют фазу волны на выходе антенны при рассто ни х между апертурой антенны и мерой коэффициента отражени  и исследуемым образцом не больше четверти длины волны, а комплексный коэффициент отражени  вычисл ют по формуле « i Јca distance greater than half the wavelength additionally records the phase of the wave at the antenna output when the distance between the aperture of the antenna and the measure of the reflection coefficient and the test sample is not more than a quarter of the wavelength, and the complex reflection coefficient is calculated by the formula "i Јc" ZN.0eJ (i)ZN.0eJ (i) р R 1 м JH .1 m jh. JTfl W(i)JTfl W (i) IN, „ег1деIN, „er1de ii Г - комплексный коэффициент от- №G - complex coefficient from ражени  меры коэффициента отражени ;ratios measure reflectivity; п - число отсчетов; Л n is the number of counts; L длина волны в свободном пространстве;wavelength in free space; R- - рассто ние от апертуры антенны до меры коэффициента отражени  исследуемого образ- ца, при котором производитс  отсчет;R- is the distance from the aperture of the antenna to the measure of the reflection coefficient of the sample under study at which the reading is made; W(i) - весова  функци ; N. , N. - комплексные отсчеты амплитуды и фазы волны при перемещении исследуемого образца и меры коэффициента отражени  соответственно.W (i) is a weight function; N., N. are the complex samples of the amplitude and phase of the wave when the sample under study is moved and the reflection coefficient measure, respectively.
SU884446101A 1988-04-26 1988-04-26 Method of measuring complex reflection factor of materials in close zone SU1569744A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884446101A SU1569744A1 (en) 1988-04-26 1988-04-26 Method of measuring complex reflection factor of materials in close zone

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884446101A SU1569744A1 (en) 1988-04-26 1988-04-26 Method of measuring complex reflection factor of materials in close zone

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1569744A1 true SU1569744A1 (en) 1990-06-07

Family

ID=21383662

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU884446101A SU1569744A1 (en) 1988-04-26 1988-04-26 Method of measuring complex reflection factor of materials in close zone

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1569744A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Мицмахер М.Ю. и др. Безэховые камеры СВЧ. - К.: Радио и св зь, 1982, с. 97. Приборы и техника эксперимента, 1959, № 4, с. 105-106. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7733267B2 (en) Method for analysing a substance in a container
US4716360A (en) Moisture detector apparatus and method
RU2665593C1 (en) Material dielectric properties measuring method and device for its implementation
SU1569744A1 (en) Method of measuring complex reflection factor of materials in close zone
Shenhui et al. Measurement of electromagnetic properties of materials using transmission/reflection method in coaxial line
RU2434242C1 (en) Method of measuring distance and radio range finder with frequency modulation of probing radio waves (versions)
AU769638B2 (en) Tissue sensor
SU857799A1 (en) Method of device for determination of dielectric flat sample refractive index in free space
RU2503021C2 (en) Method to measure coefficient of reflection of flat reflector in microwave range and device for its realisation
RU212715U1 (en) SEW CONTROL DEVICE
RU2790085C1 (en) Method for remote measurement of complex dielectric permittivacy of plane layered dielectrics of natural origin
Moore The effects of reflections from randomly spaced discontinuities in transmission lines
SU1758530A1 (en) Method of measuring dielectric penetration of materials
US3422350A (en) Waveguide section sliding wall carrying detector probe
Maisto et al. Warping method for probe location in near/far field transformation
RU2374664C2 (en) Method of measurement of cloud environment reflectance
Liu et al. Test Technique for Suppressing Surface Waves Between Coplanar Antennas by Magnetic Materials
Cao et al. Multiple reflection error analysis for planar near field measurement in time domain
SU107448A1 (en) Instrument for measuring the reflection coefficient for oblique incidence of a wave on a sample
SU1483380A1 (en) Method of measuring object velocity
WO2003091715A1 (en) Method and apparatus for the measurement of properties of objects using microwave signals
Alsaleh et al. Machine Learning-Based Monostatic Microwave Radar for Building Material Classification
SU1725073A1 (en) Surface roughness determining method
SU1244574A1 (en) Device for determining parameters of electromagnetic waves in solid
CN112859060A (en) Absolute distance measuring device and method based on microwave frequency domain interference