ТЕМПЕРАТУРНО-ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ РАСТВОРОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА КАПИЛЛЯРНОВОЛНОВОДНОГО РЕЗОНАНСА

April 1, 2012 by admin Комментировать »

Кириченко А. Я., Луценко В. И., Филиппов Ю. Ф., Прокопенко Ю. В., Кривенко Е. В. Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины ул. Ак. Проскуры, 12, Харьков – 61085, Украина Тел.: (0572) 448593, e-mail: lutsenko@ire.kharkov.ua

Аннотация – Исследованы температурные зависимости характеристик капиллярно-волноводного резонанса для сильно поглощающих сред. Рассмотрена возможность использования метода для измерения их частотных зависимостей. Исследовано влияние температуры на частоту, добротность и поглощение энергии электромагнитного поля при резонансе.

I.  Введение

В волноводных методах комплексная диэлектрическая проницаемость определяется из измерений коэффициентов отражения и прохождения основной волноводной моды в волноводной секции с диэлектрическим образцом. При этом измеряемый образец может заполнять все поперечное сечение секции или частично, например, в виде диэлектрического стержня. При использовании диэлектрического образца в виде стержня широкодиапазонный волноводный метод можно превратить в резонансный метод измерения диэлектрических параметров жидкостей, обладающих большими потерями [1]. В

[1,2]    предложены конструкции резонансных измерительных ячеек и описаны структуры измерительных установок, работающих в диапазонах частот

27.5..             .37.5 ГГц и 37…53 ГГц, а также изложены результаты изучения резонансного поглощения миллиметровых радиоволн водными растворами. Нами показана возможность существования капиллярноволноводного резонанса (КВР) на более высоких частотах (54…78 ГГц), изучены его характеристики, установлено влияние на них концентрации раствора и объяснен резонансный механизм поглощения. В настоящей работе рассмотрено влияние температуры на параметры резонанса.

II.  Основная часть

При измерениях использовалась ячейка на основе прямоугольного волновода сечением 3.6×1.8 мм2 и диэлектрическим капилляром из фторопласта внешним диаметром 1.5 мм и внутренним 1.1 мм, проходящим через широкие стенки волновода. Капилляр заполнялся дистиллированной водой. Изменение температуры воды осуществлялось при помощи нагревательных элементов, через которые были пропущены внешние части капилляра, находящиеся за пределами прямоугольного волновода. Изменение мощности, подводимой к нагревательным элементам, от 0 до 2 Вт позволяло осуществить нагрев исследуемой жидкости в капилляре на 10° относительно комнатной температуры. Для исследования изменений затухания сигнала и его резонансной частоты в зависимости от концентрации раствора использовался измерительный комплекс на основе панорамного измерителя КСВ типа Р2-69 (рабочий диапазон частот которого 54…78 ГГЦ), обладающий достаточно высокой разрешающей способностью по частоте и большим динамическим диапазоном измеряемых поглощений.

Установлено, что увеличение температуры жидкости в капилляре за счет возрастания мощности, подводимой к нагревателю, от 0 до 2.08 Вт приводит к снижению частоты резонансного поглощения, увеличению добротности резонанса и глубины резонансного поглощения (рис. 1). Видно, что наибольшая глубина провала А и добротность О резонансной

кривой поглощения наблюдается при больших мощностях, подводимых к капилляру (т.е. больших температурах нагрева жидкости). Для воды резонансное поглощение наблюдалось в диапазоне частот от 63 ГГц до 65 ГГц с добротностью 25н-45. Глубина провала резонансной кривой поглощения для дистиллированной воды изменялась при этом от 35 до 41 дБ.

Рис. 2. Зависимость изменения частоты КВР от подводимой мощности.

Fig. 2. Relation of the CWR frequency change vs input power

Установлено, что изменение температуры жидкости в капилляре не приводит к изменению крутизны изменения резонансной кривой поглощения и она соответствует крутизне одиночного колебательного контура.

III.  Заключение

Изучено влияние температуры на параметры ка- пиллярно-волноводного резонанса (частоту, добротность, глубину поглощения). Оно связанно с изменением действительной и мнимой частей диэлектрической проницаемостей жидкости, которой заполнен капилляр. Данное свойство необходимо учитывать при использовании метода капиллярно-волноводного резонанса для оценки и контроля концентраций растворов.

Работа выполнена при частичной поддержке НТЦУ по проекту №2051.

IV. Список литературы

[1]  Беляков Е. В. Высокодобротный резонанс в волноводе с сильнопоглощающим диэлектриком // Электронная техника, сер. 1, Электроника СВЧ, 1986, вып. 9 (393), С. 3-5.

partially supported by STCU under project No.2051

[2]  Беляков Е. В. Резонансный КВЧ-диэлькометр для поглощающих жидкостей // Электронная техника, Электроника СВЧ, вып. 7(401), 1987, С. 51-53.

TEMPERATURE-DIELECTRIC SPECTROSCOPY OF SOLUTIONS USING THE METHOD OF CAPILLARY- WAVEGUIDE RESONANCE

Kirichenko A. Ya., Lutsenko V. I., Filippov Yu. F., Prokopenko Yu. V., Krivenko H. V.

Usikov Institute of Radiophysics and Electronics National Academy of Sciences of Ukraine

12, Akademika Proskury, Kharkov – 61085, Ukraine Tel.: (0572) 448593, e-mail: lutsenko@ire.kharkov.ua

Abstract – Temperature dependence of the characteristics of a capillary-waveguide resonance are studied for greatly absorbing mediums. A possibility of using of suggested method for measurement their frequency dependence is surveyed. Temperature influence on frequency, and Q-factor and electromagnetic field energy absorption is researched at the resonance.

I.  Introduction

In waveguide methods the complex permittivity is determined from measurements of reflection and passing coefficients for basic waveguide mode in a waveguide section with a dielectric model. In [1,2] the design of resonant measuring cells are proposed, and the structures of measuring installations working in frequency bands of 27.5…37.5 GHz and 37…53 GHz are described, and obtained results of the resonance absorption of millimeter waves by water solutions are given too. We show the possibility of existence of capillary-waveguide resonance (CWR) on higher frequencies (54…78 GHz). In this paper, the temperature influence on parameters of resonance is surveyed.

II.  Main part

The cell based on the rectangular waveguide by section 3.6×1.8 mm2 and dielectric capillary tube passing broad walls of the waveguide was used at measurements. The capillary tube was made of Teflon. Its external diameter was equal to 1.5 mm and internal diameter was 1.1 mm. The capillary tube was filled by distilled water. The change of water temperature was implemented by the heating elements. The external parts of the capillary tube passed through heating elements placed outside the rectangular waveguide. The power brought to heating elements changed from 0 up to 2 W allowed executing heating of the researched liquid in capillary tube for 10°. For research of changes of signal fading and its resonance frequency depending on concentration of solution the measuring complex based on panoramic meter of SWR such as R2-69 (54…78 GHz) was used.

It is established that the increase of temperature of the liquid in capillary tube results in decrease of resonance absorption frequency and increase of resonance Q-factor and depth of resonance absorption (Fig. 1).

In Fig. 2 the relative change of the real part of water permittivity (frequency of the resonance absorption) from its temperature (input power) determined for increment of resonance frequency is shown. The result of approximating of experimental data by linear regression dependence is shown by line there.

III.  Conclusion

The temperature influence on parameters of the capillary- waveguide resonance (frequency, Q-factor, depth of absorption) was studied. It is bound up with change of real and imaginary parts of permittivity of the liquid that fills the capillary tube. The given property is necessary for taking into account at usage of the capillary-waveguide resonance method for the estimation and control of solution concentrations. This work was

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