SU1744655A1

SU1744655A1 - Способ определени диэлектрической проницаемости материалов и устройство дл его осуществлени

Info

Publication number: SU1744655A1
Application number: SU904798527A
Authority: SU
Inventors: Юрий Александрович Колосов
Original assignee: Московский Радиотехнический Институт Ан Ссср
Priority date: 1990-03-02
Filing date: 1990-03-02
Publication date: 1992-06-30

Abstract

Изобретение относитс к технике измерени составл ющих диэлектрической проницаемости в цилиндрическом резонаторе при возбуждении симметричной волны EOI и несимметричной Ни, согласно изобретению измер ют резонансные 4астоты симметричного и дуплетного колебаний. Снимают зависимость коэффициента прохождени от угла поворота образца по отношению к вектору напр женности волны EOL По результатам измерени резонансных частот рассчитывают значени тензора диэлектрической проницаемости, а главные оси поперечной анизотропии определ ют по положению плоскости пол ризации волны Ни при максимальных значени х амплитуд отдельных составл ющих дуплетного колебани . Резонатор, используемый дл измерений , разделен на две гальванически св занные части с возможностью вращени друг относительно друга. 2 с.п. ф-лы, 2 ил

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано дл измерени продольной и поперечной анизотропии диэлектрических материалов в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн.

Известен резонансный способ измерени диэлектрических материалов с помощью малых тел, помещенных в резонатор, заключающийс в измерении резонансной частоты колебани Еою.

Однако известным способом невозможно измерить поперечную анизотропию материала. При этом известное устройство характеризуетс невысокой точностью измерени и невозможностью измерени ве- личины и положени главных осей анизотропии материала.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс способ определени диэлектрической проницаемости материалов, в том числе и анизотропных, заключающийс в том, что диэлектрический образец облучают электромагнитной волной с линейной пол ризацией в свободном пространстве, этим измер ют коэффициент прохождени волны , снимают зависимость коэффициента прохождени от угла поворота образца по отношению к вектору напр женности возбуждаемой электромагнитной волны и рассчитывают значени поперечной анизотропии диэлектрической проницаемости .

Недостатками способа вл етс высока трудоемкость, мала точность и чувстви- тельность, а также невозможность

g

О

ел ел

измерени продольной составл ющей анизотропии диэлектрической проницаемости,

Цель изобретени - повышение чувствительности и точности измерени попереч- ной анизотропии и обеспечение возможности измерени продольной составл ющей тензора диэлектрической проницаемости .

На фиг.1 и 2 приведено устройство, реализующее способ измерени диэлектриче- ской проницаемости.две проекции.

Способ реализуетс следующим образом .

Пластину из диэлектрического материала помещают в резонатор ортогонально его продольной оси. В резонаторе возбуждают симметричную волну Еоч и несимметричную волну Ни и измер ют резонансные частоты симметричного колебани fi и дуплетного колебани f2 и fa. Измер ют зависимость амплитуд дуплетного колебани при изменении угла поворота пластины относительно плоскости пол ризации волны Ни, Фиксируют значени углов, при которых достигаютс максимальные амплитуды от- дельных составл ющих дуплетного колебани и рассчитывают величины диэлектрическихпроницаемостей Јx,Јy,Јz по результатам измерени резонансных частот колебаний из следующей системы уравнений

th l thtro t d flth -tg di-.o, М c(th (fiM tffftfdjxip thfazjts /г™) th (r,iZ,) 0,

/ Cex+ey)yoi|gSBn,im.

где zi, гз - рассто ни от пластины до торцов резонатора, см;

d -толщина пластины, см:

постоrfl 4 ()ж

2 Ј2 нна распространени волны Eg i;

С- fa t№Ј№ № W bV}- «$л- посто нные распространени волны Ни дл первой и второй пол ризаций;

Уoi -Kf ;yn -Kf - посто нные затухани волн EOI и Ни в вол- поводе без диэлектрика;

2JTf i,

к, -рволновые числа свободного пространства;

#01 , X11 поперечные волновые числа волн Ео1 и Ни;

fi - измеренные частоты, Гц; С - скорость света, см/с; R - радиус волновода, см.

5 10

15 20 25 30

35

45

50

55

Главные оси поперечной анизотропии определ ют по положению плоскости пол ризации волны Ни при максимальных значени х амплитуд отдельных составл ющих дуплетного колебани .

Резонатор разделен на две гальванически св занные с возможностью вращени относительно друг друга части 1 и 5, в одной из которых (1) расположена измер ема пластина 2, в другой - петли 6 и 7 св зи, сдвинутые по азимуту относительно друг друга на 180°.

При измерении колебани Еою плоскости возбуждающей 6 и измерительной 7 петель св зи выставл ют параллельно оси резонатора. Сигнал с генератора качающейс частоты подают на возбуждающую петлю , а с измерительной петли через детекторную секцию сигнал подают на экран регистратора. С помощью резонансного волномера измер ют частоту резонанса fi. При измерении колебани Нщ петли св зи поворачивают на угол 90°, так чтобы они лежали в плоскости, ортогональной оси резонатора . Если измер ема пластина имеет поперечную анизотропию Јх Ј у, то колебани с различной пол ризацией Hz со8 р-перва пол ризаци и Hz втора пол ризаци , имеют различные резонансные частоты, Колебание Нщ в этом случае имеет дуплетный характер, и на экране регистратора при произвольной ориентации главных поперечных осей тензора диэлектрической проницаемости относительно оси, проход щей через петли св зи, наблюдаетс амплитудно-частотна характеристика с произвольным соотношением амплитуд дуплетного резонанса. При повороте секции 1 относительно секции 5, соотношение амплитуд дуплетного колебани мен етс , и когда главна ось с наибольшей величиной диэлектрической проницаемости совпадает с осью, проход щей через петли св зи, то характеристика на экране регистратора имеет наибольшую амплитуду на частоте fa. Измер ют частоту длинноволнового резонанса f2 и на указателе 4 угла поворота фиксируют положение оси х. Затем, поворачива секцию 1, наход т ее положение, при котором максимальна амплитуда коротковолнового резонанса на частоте fa. Измер ют частоту f и фиксируют положение оси у. По измеренным частотам колебаний Нщ f2, fs и известным размерам резонатора и пластины, реша систему уравнений (2), наход т неизвестные величины ехи Ју затем, реша уравнение (1), по известной частоте колебани Еою и вычисленным значени м Јхи Ју находим

Определение компонент тензора диэлектрической проницаемости и положение главных осей в поперечном направлении можно проводить в устройстве, представл ющем собой два отрезка волновода, гальва- нически св занные между собой с возможностью вращени относительно друг друга. В одном отрезке расположена измер ема пластина, а в другом возбуждающа и измерительна петли св зи. Дл того, чтобы открытые концы волновода не вли ли на колебани в диэлектрическом резонаторе , длина каждого из отрезков волновода должна быть больше или равна двум его диаметрам. Значени компонент тензора диэлектрической проницаемости по из- меренным резонансным частотам колебани волны EOI и дуплетного колебани волны Нц определ ютс из системы уравнений:z() г„, г«

л .1

t0(ro,cO

№-Ј№ -

( ги I - «и

котора следует из (1) и (2), если рассто ние до стенок резонатора zi и гз устремить к бесконечности.

Определение компонент тензора диэлектрической проницаемости можно также проводить, возбужда волны ЕОР и HIP, в этом случае при вычислении значений Ј х , Ј у , е z в уравнени х (1) и (2) необходимо заменить поперечные волновые числа %01 и 11 на %0р и %1Р соответственно.

Claims

Формула изобретени 1. Способ определени диэлектрической проницаемости материалов, заключающийс в том, что облучают диэлектрический образец электромагнитной волной, измер ют коэффициент прохождени волны, определ ют зависимость коэффициента прохождени от угла поворота образца по отношению к вектору напр женности возбуждаемой электромагнитной

волны и рассчитывают значени поперечной анизотропии диэлектрической проницаемости , отличающийс тем, что, с целью повышени чувствительности и точности измерени поперечной анизотропии и обеспечении возможности одновременного определени продольной составл ющей тензора диэлектрической проницаемости, образец в виде пластины помещают в резонатор ортогонально его продольной оси, где кроме симметричной волны EOI дополнительно возбуждают несимметричную волну Нц и измер ют резонансные частоты симметричного колебани fi и дуплетного колебани Т2, fa, а при вращении образца фиксируют значени углов, при которых достигаютс максимальные амплитуды отдельных составл ющих дуплетного колебани рассчитывают величины диэлектрических проницаемостей в продольном z и поперечном х, у направлени х s х , е у , Ј z по результатам измерени резонансных частот, а главные оси х, у поперечной анизотропии определ ют по

положению плоскости пол ризации волны Ни при максимальных значени х амплитуд отдельных составл ющих дуплетного колебани .
2. Устройство дл определени диэлектрической проницаемости материалов, содержащее цилиндрический резонатор с устройством закреплени пластины, устройство возбуждени колебаний, резонансный волномер и регистратор, отличающ е е с тем, что , с целью повышени чувствительности и точности измерени поперечной анизотропии и обеспечении возможности одновременного определени продольной составл ющей тензора диэлектрической проницаемости, резонатор разделен на две гальванически св занные с возможностью вращени одна относительно другой части, в одной из которых расположена измер ема пластина, в другой петли св зи, сдвинутые по азимуту одна относительно другой на 180°С.

и

.1

s

Редактор Л.Пчолинска

7 Фиг. 2

Составитель Ю.Коршунов

Техред М.МоргенталКорректор Е.Островска

5