SU1758530A1

SU1758530A1 - Способ измерени диэлектрической проницаемости материалов

Info

Publication number: SU1758530A1
Application number: SU904817548A
Authority: SU
Inventors: Юрий Александрович Колосов
Original assignee: Московский Радиотехнический Институт Ан Ссср
Priority date: 1990-03-07
Filing date: 1990-03-07
Publication date: 1992-08-30

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике, в частности дл измерени поперечной анизотропии диэлектриков в СВЧ-диапазоне. Цель изобретени - повышение чувствительности и точности измерени поперечной анизотропии диэлектрической проницаемости. Новым вл етс то, что измер емую пластину вращают в плоскости ортогональной оси круглого волновода и определ ют ее положени , соответствующие минимальной и максимальной частотам минимума Кет. По положению пластины относительно плоскости пол ризации волны Hip в этих частотных точках определ ют главные оси поперечной анизотропии , а по частотам определ ют величины диэлектрических проницаемостей вдоль этих направлений. 2 ил.

Description

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

Известны способы измерени диэлектрической проницаемости материалов с помощью измерени Кс™ в частотной области дл пластин, расположенных в волноводах и коаксиальных лини х.

Недостатками известных способов вл ютс невозможность определени величин поперечной анизотропии материала и направление главных осей тензора поперечной диэлектрической проницаемости.

Наиболее близким по технической сущности вл етс способ измерени диэлектрической проницаемости материалов, в том числе анизотропных, заключающийс в облучении диэлектрического образца электромагнитной волной, измерении угла

поворота диэлектрического образца по отношению к плоскости пол ризации электромагнитной волны, определении направлени главных осей тензора поперечной анизотропии по углу поворота в момент достижени экстремальных значений и расчете значени поперечной анизотропии диэлектрической проницаемости.

Недостатками способа вл етс высока трудоемкость, мала точность и чувствительность измерений поперечной анизотропии.

Целью изобретени вл етс повышение чувствительности и точности измерений поперечной анизотропии.

Поставленна цель достигаетс тем, что облучение диэлектрического образца электромагнитной волной осуществл ют путем возбуждени несимметричной волны Hip в круглом волноводе, о котором располагают диэлектрический образец, выполненный в

X

СЛ 00 О

виде пластины, ортогонально продольной оси круглого волновода, изменение угла поворота осуществл ют путем вращени пластины в плоскости ортогональной оси круглого волновода, в качестве экстремальных значений выбирают значени минимальной и максимальной частот минимума KCTV, а расчет величин поперечной анизотропии диэлектрической проницаемости осуществл ют по формулам:

Јх ei(1 + 1/а) + - 1/а);

Ју ei(1 - 1 /а) + ez(1 +1 /а); (1)

+ фт.Н,2: ,5-1/(vip2-1),

где d - толщина пластины, см; R - радиус волновода, см;

vip - корень уравнени 11 (vip) 0;

Ii - производна функци Бессел ;

С - скорость света, см/с;

fi, h наименьша и наибольша частоты , Гц, соответствующие минимумам KCTV.

На фиг. 1 схематически изображена установка дл измерени поперечной анизотропии диэлектрических материалов; на фиг. 2 - расчетные значени модул коэффициента отражени , как функции нормированной частоты V (KR/ Vip ) при различных углах Э между осью пластины с наибольшим значением диэлектрической проницаемости и плоскостью пол ризации волны Hip. Измерительна установка состоит из согласованной нагрузки 1, вращающейс секции круглого волновода, содержащего измер емую диэлектрическую пластину 2, волноводный переход пр моугольного волновода на круглый 3, направленный ответ- витель 4, коаксиально-волноводный переход 5. детекторы падающей 6 и отраженной 7 волны, генератор качающейс частоты 8. индикатор КСВН и ослаблени Я2Р - 67 - 9. На фиг. 2 крива 10 соответствует углу . крива 11 -углу , крива 12 - углу 0 90° при значени х d/R 0,27, ех 11,56, Ју 9,35.

Предлагаемый способ измерени анизотропии диэлектрической проницаемости материалов реализуетс следующим образом . С генератора качающейс частоты 8 СВЧ сигнал через коаксиально-волноводный переход 5 подаетс на секцию пр моугольного волновода с направленным отаетвителем 4. Часть энергии пр мой волны через направленный ответвитель и детектирующую секцию 6 подаетс на вход падающей волны индикатора 9, друга часть энергии через волноводный переход подаетс на вращающуюс секцию с измер емой пластиной 2. Отраженна волна через направленный ответвитель и детектирующую секцию 7 подаетс на вход отраженной волны индикатора Я2Р - 67.

В общем случае, когда положение осей

тензора поперечной диэлектрической проницаемости и плоскости пол ризации волны Hip произвольно, представим падающую волну в виде суммы двух волн. Пол ризаци одной из волн совпадает с главной осью

тензора, имеющего наибольшую величину диэлектрической проницаемости, пол ризаци другой совпадает с другой осью тензора

20

Unln Un(lxCos0+ ysln 0

(2),

где In, Ix, ly - единичные векторы;

0- угол между векторами 1П и 1х. Комплексные коэффициенты отражени волн с различной пол ризацией вычисл ютс с помощью формулы

|(Г0/Г - П/Гр) sin(fjd)

2cos(fjd) + |(Го/П + rj/ro)sin(rjd) J-1.2,(3)

где Г0 | К - ( vip /R) - посто нна распространени волны Н1р в незаполненном волповоде;

Tj - посто нные распространени дл волн с первой и второй пол ризацией в волноводе , заполненном анизотропной средой, которые а первом приближении определ ютс соотношегги ми

(0.5--г1--)Кг-да.(4)

1

Амплитуда и пол ризаци отраженной волны равна

UoTloT Un(ixRlCOS0+1yR2Sln 0), (5)

Так как пол ризаци волны определ етс пр моугольным волноводом, то амплитуда отраженной волны в пр моугольном волноводе равна

UenfoiTn) - Un(RlCOS2 0+ R2Sln2 0). (6)

а модуль коэффициента отражени

I R I - Ricos2 0+ Rasln2 0. (7)

Анализ выражени (7) с учетом (3) показывает, что модуль коэффициента отражени и св занного с ним значени Kcrv (1 + I R 1)/(1 - I R I ) принимает минимальные значени при услови х

Из условий (8) и (9) и формулы (4) получим соотношени (1), св зывающие частоты минимума KCTV и диэлектрические проницаемости ЕХ и Ју,

Таким образом на экране индикатора Я2Р - 67 в общем случае наблюдаетс характеристика Кет, аналогична кривой 11. Враща измерительную секцию 3, находим ее положение, при котором зависимость КСт от частоты совпадает с кривой 10, Фиксируем положение секции 3 относительно пр моугольного волновода 4 и по частотным меткам определ ем наименьшую частоту. Затем аналогичным образом находим положение измерительной секции относительно пр моугольного волновода, при которой зависимость KCTV от частоты совпадает с кривой 12. Согласно услови м (8) и (9) эти два полевени соответствуют случа м, когда мэвные оси тензора диэлектрической проницаемости ортогональны широкой стенке пр моугольного волновода. По наименьшей и наибольшей частотам минимума Кс™ с помощью соотношений (1) определ ем величины Јх и Ју в направлени х по главным ос м поперечных компонент тензора диэлектрической проницаемости.

Использование предлагаемого способа измерени диэлектрической проницаемости позвол ет по сравнению с существующими увеличить точность ы чувствительность измерени величин поперечной анизотропии и положени главных осей тензора диэлектрической проницаемости.

Claims

Формула изобретени

Способ измерени диэлектрической проницаемости материалов, заключающийс в

5 облучении диэлектрического образца электромагнитной волной,изменении угла поворота диэлектрического образца по отношению к плоскости пол ризации электромагнитной волны, определение направлени главных

10 осей тензора поперечной анизотропии по углу поворота в момент достижени экстремальных значений и расчете значени поперечной анизотропии диэлектрической проницаемости, отличающийс тем,

15 что, с целью повышени чувствительности и точности измерений поперечной анизотропии , облучение диэлектрического образца электромагнитной волной осуществл ют путем возбуждени несимметричной волны

20 Hoip в круглом волноводе, в котором располагают диэлектрический образец, выполненный в виде пластины, ортогонально продольной оси круглого волновода, изменение угла поворота осуществл ют путем

25 вращени пластины в плоскости, ортогональной оси круглого волновода, в качестве экстремальных значений выбирают значение минимальной и максимальной частот минимума KCTV, а расчет значений попереч30 ной анизотропии диэлектрической прони- цаемости осуществл ют по формулам:

Сх fi(1 + 1 /а) + ег(1 1 /а) : 35 Ју ei(l - 1/а) + Ј2(1 + 1/а):

(l/(.J-i.2: .

40a 0,5-1/(vip2-1),

где d - толщина пластины, см;

R - радиус круглого волновода, см; vip - корень уравнени h1( vip) 0; 45 it1 - производна функци Бессел ; С - скорость соета, см/с; fit f2 - измеренна минимальна и максимальна частоты, Гц.

Ј

Г./

4 W У

U /t U v