ВОЛНОВОДНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ

May 14, 2012 by admin Комментировать »

Березовский В. К., Дробот С. В., Хандогин М. С.

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники ул. П. Бровки, 6, Минск – 220013, Беларусь Тел.: + (375) 17 2313978; e-mail: hanms@bsuir.unibel.by Русакович В. Н.

ОАО "Минский приборостроительный завод" пр. Скорины, 58, Минск – 220600, Беларусь Тел.: + (375) 17 2399939; e-mail: rusakovich@belvar.com

Аннотация – Рассмотрен волноводный метод измерения комплексной диэлектрической проницаемости материалов. Использование при решении обратной задачи электродинамической модели датчика, представляющего собой диэлектрическую трубку в прямоугольном волноводе, позволяет уменьшить погрешность результатов измерения.

I.  Введение

Измерения электрофизических параметров материалов и в первую очередь комплексной диэлектрической проницаемости имеет не только теоретическое, но и практическое значение. В настоящее время получили распространение волноводные методы, в которых задача диагностики сводится к идентификации результатов измерения параметров рассеяния волн в электродинамической структуре, содержащей исследуемый образец материала, с результатами математического моделирования волновых процессов в этой структуре. Используемые при этом упрощенные модели датчиков не могут обеспечить необходимую точность получаемых результатов.

II.  Основная часть

В докладе представлен метод, использующий тестовую структуру в виде диэлектрической трубки, размещенной в Е-плоскости отрезка прямоугольного волновода. Тестируемый материал (жидкий или твердый диэлектрик) помещается внутри трубки. При использовании данного метода решается обратная задача определения количественных параметров (действительной и мнимой части диэлектрической проницаемости тестируемого материала) по результатам измерения их косвенных проявлений – комплексных значений коэффициентов отражения S11M и прохождения S2im датчика, содержащего исследуемый материал. Причем обратная задача формулируется в виде задачи поиска минимума целевой функции:

б

Рис. 1. Поверхность (а) и линии уровня целевой функции (1) для тестовой структуры датчика с дистиллированной водой.

Fig. 1. The surface (a) and the level lines of the criterion function (1) for the test structure of the sensor with distilled water

[1 ] Березовский В. К., Мошинский А. В. Дифракция волны Н10 на двухслойном диэлектрическом цилиндре "индуктивного" типа в прямоугольном волноводе // Электромагнитные волны и электронные системы. – 1999, т. 4, № 3, С. 50-55.

[2] Березовский В. К., Русакович В. Н. Расчет специальных функций от комплексного аргумента в задачах математической физики // 7-я Белорусская математическая конференция: Тезисы докладов – Минск, 1996, С.165-166.

WAVEGUIDE MEASUREMENT TECHNIQUE FOR THE COMPLEX PERMITTIVITY OF MATERIALS

Berezovsky V. K., Drobot S. V., Khandogin M. S.

Belarusian State University Informatics and Radioelectronics

6,                P. Brovki St., Minsk – 220013, Belarus Tel.: + (375) 17 2313978 e-mail: hanms@bsuir. unibel. by Rusakovich V. N.

JSC Minsk instrument-making plant 58, Skoriny Ave., Minsk – 220600, Belarus Tel.: + (375) 17 2399939 e-mail: rusakovich@belvar.com

Abstract – The waveguide technique of measurement of the complex permittivity of materials is considered. The exact electrodynamical model of the sensor similar to a dielectric tube in a rectangular waveguide is used for a solution of an inverse electrodynamical task that allows reducing an error of measurement outcomes.

I.  Introduction

Nowadays waveguide techniques are used with aim of diagnostics reduced to identification of measurement outcomes of scattering parameters of waves in the electrodynamical structure containing the researched sample of a material with outcomes of mathematical modeling wave processes in this structure. The simplified models of the sensors used here can not provide necessary accuracy of obtained outcomes.

II.  Main part

The technique using test structure as a dielectric tube, placed in E-plane of a section of a rectangular waveguide is presented. The tested material (liquid or solid-state dielectric) is located inside the tube. At use of the method the inverse task of definition of quantitative parameters (real and imaginary part of the tested material permittivity) by results of the measurements of their indirect displays – a complex value of the reflection coefficient S11M and the forward transmission S2im of the sensor

containing the researched material is solved. And the inverse task is formulated as the task of the minimum of criterion function search. Complex coefficients of a wave scattering matrix of the sensor are calculated with use of the expressions obtained on the basis of an exact solution of a boundary electrodynamical task of electromagnetic wave diffraction for the sensor [1].

III.  Conclusion

The software was designed for realization of the technique and numerical experiments for definition efficiency and accuracy of operation of computational algorithms on test geometry of the sensor intended for measuring of the complex permittivity of water in 3-cm band of wavelengths which have shown a stability of operation of the computing procedures and a possibility of definition of the complex permittivity with a required error.

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