МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ

April 7, 2012 by admin Комментировать »

Чухов В. В. Житомирский государственный технологический университет ул. Черняховского, 103, Житомир – 10005, Украина Тел.: (0412) 22-14-10; e-mail: mps_cvv@ukr.net

Аннотация – предложена методика измерения диэлектрической проницаемости с определением её типа (действительная или комплексная), которая базируется на особенностях зависимости входного коэффициента отражения от частоты для отрезка волновода, который нагружается последовательно на согласованную нагрузку и на коротко- замыкатель.

I.  Введение

В настоящий момент существует большое количество методов измерений диэлектрической проницаемости (см., например, [1]). Несмотря на разнообразие этих методов, важным моментом остается вопрос: какой тип диэлектрической проницаемости (действительная или комплексная) в исследуемого материала? Определив тип проницаемости, можно выбрать наиболее подходящий метод измерения, поскольку универсальные методы, как правило, сложные и требуют соответствующего оборудования. В докладе описывается методика, позволяющая довольно просто определить тип проницаемости материала и измерить её значение.

II.  Основная часть

В силу использования панорамного измерителя КСВН, за основу была взята типичная измерительная ячейка волноводных методов – отрезок волновода с диэлектриком.

Измерительная схема состоит из отрезка волновода с исследуемым диэлектриком (коэффициент отражения R0 = R0ei,’°), отрезка пустого волновода длиной /0 и нагрузки (коэффициент отражения RH=RHei<p-). Схема известная, но, несмотря на это,

используется в различных прикладных задачах. Например, ее можно использовать для измерения комплексного коэффициента отражения RH [2] или для точного измерения небольших коэффициентов отражения двухполюсников [3].

Известно, что отрезок волновода, заполненный диэлектриком без потерь, является взаимным, симметричным и недиссипативным четырехполюсником. Если диэлектрик с потерями, то такой четырехполюсник взаимный и симметричный, но не является недиссипативным. Учитывая это обстоятельство, несложно показать, что для случая диэлектрика без потерь модуль входного коэффициента отражения Rрассматриваемой схемы будет таким:

где

где

Приравнивая эти коэффициенты к единице, видим, что каждое из этих уравнений требует одновременного выполнения условий R0 = 1 и Т0=0, т.е.

, что возможно только для недисипатив- ного четырехполюсника. Это равносильно тому, что

* 1 И Дшп * 1

Из полученного результата можно сделать следующий вывод: по характеру изменения зависимости Kcm(f) для отрезка волновода, заполненного диэлектриком, последовательно нагружаемого на согласованную нагрузку и короткозамыкатель, можно определить тип проницаемости. Детализируем сказанное.

Можно показать, что зависимость Kcm(f) для

отрезка волновода, заполненного диэлектриком (с потерями или без), нагруженного на согласованную нагрузку, является строго периодической. Замена

согласований нагрузки на короткозамыкатель изме- няет зависимость Kcm{f) из периодической на прямую. А в случае диэлектрика с потерями зависимость Kcm(f) остается периодической, только „поднимается” по оси КСВ на величину, пропорциональную второму слагаемому в (2).

Экспериментальная проверка полностью подтвердила полученные теоретические результаты, причем как в случае полного, так и в случае частичного заполнения. Проверка была сделана в диапазоне частот 25…40 ГГц для диапазона проницаемостей

1,3…10.

Предложенная методика имеет следующие преимущества. Во-первых, это использование одного образца (некоторые методики предлагают использовать набор образцов различной длины). Во-вторых, как следует из анализа соответствующих коэффициентов чувствительности, оптимальными частотами для измерений проницаемостей являются именно частотами экстремумов зависимости Кст{/). В свою очередь, использование отрезка переменной длины /0 позволяет свободно смещать зависимость

Kcmif) по оси частот, обеспечивая тем самым измерение во всем диапазоне рабочих частот волновода (результат математического моделирования и экспериментальной проверки).

Сам алгоритм измерения диэлектрической проницаемости базируется на использовании зависимостей (4) на этих частотах.

I.    Заключение

Таким образом, предложена методика измерения диэлектрической проницаемости с определением её типа (действительная или комплексная). Использование частот экстремумов Kcm(f) позволило уменьшить погрешность измерения до нескольких процентов.

II.   Список литературы

[1] Казанцев Ю. Н. Методы и средства измерения электродинамических характеристик радиопоглощающих и ра- диопрозрачных материалов // Proceedings of XIV-th International Conference on Gyromagnetic Electronics and Electrodynamics, Microwave Ferrites, vol. 2, 1998.

[2] Гончаров А. К. Амплитудно-частотный метод измерения фазы коэффициента отражения // Измерительная техника.-1983-№5.

[3] Мощенко И. А., Песик А. С., Егоров А. Б. Развитие метода раздвигания отражений при измерениях параметров двухполюсников на СВЧ // Материалы 12-й Международной Крымской микроволновой конференции „СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрымиКо’ 2002). – Севастополь, Вебер. – 2002.

[4] Кудинов Е. В. Вычисление предельных значений КСВ на входе четырехполюсника, нагруженного на несогласованную нагрузку при неизвестных фазовых углах //

Вестн. Киев, политехи, ин-та. Радиотехника. – 1982. – Вып. 19.

METHODIC OF DIELECTRIC PERMEABILITY MEASUREMENT

ChukhovV. V.

Zhitomir State Technological University

103, Cherniakovsky St., Zhitomir, 10005, Ukraine Phone: (0412) 22-14-10 E-mail: mps_cvv@ukr.net

Abstract – Method of dielectric permeability measurement with permeability type (complex or not) definition is proposed. It is based at separateness of input VSWR response for waveguide segment with dielectric, loaded or on a matched load or on a short circuit lock.

I.  Introduction

There are many dielectric permeability measurement methods. But, there is a question: what dielectric permeability type (complex or not) for investigation material should be used? If we know it, we can choice suitable measurement method.

II.  Main part

Measurement scheme consist of a waveguide segment with dielectric (reflection coefficient R0 =Rne"p°), empty waveguide segment with length / and load (reflection coefficient^ = RHe,(PH).

It is possible to show, that in case of dielectric without losses the module of input reflection coefficient R of this

1                                                                                                                                  ex

scheme is equation (1), where Д, – phase coefficient of empty waveguide with length / . In case of dielectric with losses coefficient will be another (see eqn. (2)). Equation (3) with phase angles (4) is for reciprocal two-port (common case).

In both cases (dielectric permeability complex or not), if load is matched, dependence Kcm{f) (here Kcm is VSWR) has periodic character. But, if load is short circuit lock, for dielectric without losses R = 1 at any frequency, regardless of l0

mean. In case of dielectric with losses this dependence stays periodical rising up on VSWR axes on mean, proportional to second addition in eqn. (2). One must use VSWR meter for this checking in both cases.

Obtained theoretical results are completely confirmed by experimental checking. It was checked for completely and partially filled waveguides (relatively waveguide cross-section) at frequency range 25…40 GHz for permeability at 1.3… 10 range.

This method has some advantages. Firstly, you need not use dielectric segment with different lengths (some methods propose to do it). Secondary, it is possible to show, that optimal frequencies for measurement of dielectric permeability (complex or not) are frequencies of VSWR minimum and maximum. That is why usage of empty waveguide segment with variable length between dielectric waveguide segment and load will be able to change these frequencies at all frequency range of waveguide (mathematical modeling and experimental checking).

Algorithm of dielectric permeability measurement is based on usage of correlation between^, (pT and q> at these frequencies.

III.  Conclusion

The method of dielectric permeability type determination (complex or not) is proposed. It has some advantages: simplicity, usage of standard VSWR meter, and little quantity of investigation dielectric. Usage of frequency maximum and minimum of VSWR response for dielectric permeability measurement gives possibility to decrease measurement relative error for several percents.

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