ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ДИСКОВОГО КВАЗИОПТИЧЕСКОГО ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЗОНАТОРА С КАПИЛЛЯРОМ, ЗАПОЛНЕННЫМ ЖИДКОСТЬЮ

March 27, 2012 by admin Комментировать »

Лавринович А. А., Кириченко А. Я., Филиппов Ю. Ф., Черпак Н. Т. Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины ул. Ак. Проскуры, 12, Харьков – 61085, Украина Тел.: (057) 7448363; e-mail: lavr@ire.kharkov.ua

Из рис. 1 видно, что с увеличением диаметра d пустого капилляра от 0 до 2.9 мм частота повышается незначительно. Причем, сдвиг частоты заметно увеличивается только при d > 1.45 мм. Заполнение капилляра спиртом приводит к понижению частоты резонатора. Капилляр, заполненный водой, также приводит к понижению частоты относительно частоты резонатора с пустым капилляром при диаметре d=0-0.65 мм. При дальнейшем увеличении d наблюдается повышение частоты, и при d=do^1 мм частотный сдвиг для воды изменяет знак на противоположный по отношению к частотному сдвигу для спирта.

d, mm

Рис. 2. Зависимость декремента резонатора от внутреннего диаметра капилляра для НЕ-волны.

Fig. 2. Relation of resonator decrement vs inside diameter of capillary for HE mode wave

При введении в капилляр металлического стержня наблюдается тот же эффект повышения частоты. Декременты потерь (1/Q) в КДР с различными исследуемыми веществами также заметно отличаются, хотя характер их поведения одинаковый (рис. 2).

Иное поведение частотных характеристик наблюдалось для ЕН – волны, электрическое поле которой имеет компоненты поля, наиболее сильно выраженные в плоскости, перпендикулярной оси ампулы (для НЕ – волны, компоненты поля направлены в основном параллельно оси ампулы). Так, уже при малых значениях d наблюдается расщепление резонанса. Знак низкочастотной ветви зависимости смещения частоты от диаметра капилляра, при заполнении последнего водой и металлом, изменяется на противоположный (по сравнению со случаем НЕ – волны) и совпадает со знаком для спирта.

На основании экспериментальных исследований проведен теоретический анализ полученных результатов при условии существования в резонаторе аксиально-однородных колебаний (kz=0). Показано, что наблюдаемое снижение частоты пропорционально отношению квадратов радиусов капилляра R и резонатора rd, что приводит к слабому влиянию на резонансные частоты. При увеличении диаметра d капилляра с водой на частоте резонатора сор в нем возникает спектр вынужденных колебаний с различными значениями азимутальной компоненты волнового вектора q. Наибольшее влияние оказывают вынужденные азимутальные колебания, характеризуемые большими значениями азимутальных индексов q. Они являются высокодобротными, так как амплитуды их отличны от нуля лишь вблизи поверхности капилляра. Вследствие этого возникает наблюдаемое в эксперименте сильное влияние воды на частоту колебаний (рис. 1).

III.  Заключение

Таким образом, проведенные экспериментальные исследования и теоретический анализ полученных результатов указывают на то, что при малых значениях диаметра капилляра, заполненного водой, наблюдается снижение частоты собственных колебаний КДР. При увеличении d имеет место эффект перераспределения поля в капилляре, заполненном водой, и возникновения вынужденных высокодобротных колебаний, оказывающих существенное влияние на собственные частоты резонатора.

Полученные результаты указывают на возможность использования КДР данного типа в исследованиях диэлектрических свойств жидкостей малого объема с большим значением tg5 в миллиметровом диапазоне длин волн.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Научно-технологического центра Украины (проект 2051).

IV. Список литературы

[1 ] AfsarM. Л/., Button К. J. Proc. IEEE, 1985, v.73, №1, pp. 131.

[1]  Девятков H. Д. Радиотехника и электроника. 1978, Т.23, №9, С. 1982.

[2]   Эйзенберг Д., Каузман В. Структура и свойства воды. П.: Гидрометеоиздат, 1975. С. 280.

[3]   Ильченко М. Е., Взятышев В. Ф., Гассанов П. Г. Диэлектрические резонаторы // Под ред. Ильченко М.Е. М.: Радио и связь, 1989, С. 328.

SPECTRAL PROPERTY STUDIES OF DISC QUASI-OPTICAL DIELECTRIC RESONATOR WITH A LIQUID-FILLED CAPILLARY

Lavrinovich A. A., Kirichenko A. Ya.,

Filipov Yu. F., Cherpak N. T.

A. Ya. Usikov Institute for Radiophysics and Electronics National Academy of Science of Ukraine

12, Acad. Proskura St., Kharkiv – 61085, Ukraine

Tel.: (8057) 7448363, e-mail: lavr@ire.kharkov.ua

Abstract – Results of experimental study and theoretical analysis of spectral characteristics of “whispering gallery” HE mode waves are presented for disc quasi-optical dielectric resonator (QDR) with liquid-filled capillary as a heterogeneity. A character of QDR Eigen frequency dependence with different liquids is different at capillary diameter change. The mentioned features similar for water and metal are characterized by opposite signs of the frequency shift depending on wave mode, either HE or EH.

I.  Introduction

By the present, sufficiently many researches on dielectric property study of different materials including liquids using millimeter and sub-millimeter wave techniques were published [1]. Microwave studies of liquids allow one to determine structure of solutions and weak intermolecular cohesions [2]. At physical property study of different materials, an ever-growing interest becomes apparent to application of quasi-optical dielectric resonators (QDR) of various modifications [4].

The aim of the given paper is to investigate electrodynamic properties of the disc QDR with a capillary filled with different substances.

II.  Main part

The disc QDR made of Teflon material was used in the present work. Measurements were carried out in the frequency range of 37-53 GHz for both HEnms и EHnms mode waves where n=35-38, m=1, s~0 are azimuthal, radial and axial indexes accordingly. Here, values of resonant frequency f and signal attenuation A in the resonator depending on diameter of a hole in the capillary were registered at complete embedding of the capillary into the resonator. One can see from obtained results of experimental and theoretical investigations that decrease of Eigen frequencies of the QDR is observed at small values of diameter of the capillary filled with water. At increase of effects of field redistribution in the water-filled capillary and appearance of induced high-quality oscillations take place. The latter influences sufficiently the Eigen frequencies of the resonator.

III.  Conclusion

The results of the present paper denote possibility of application of the investigated QDR for studying dielectric properties of liquids in small d with large values of loss tangent in millimeter wave range.

This work was supported in part by the Science and Technology Center of Ukraine (the project No 2051).

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты