ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ МАТЕРИАЛОВ ДИЭЛЕКТРИКОВ ПО ХАРАКТЕРИСТИКАМ ВОЛНОВОДНОДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЗОНАТОРА

July 21, 2012 by admin Комментировать »

Белоус Р. И., Макеев Ю. Г., Моторненко А. П.

Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины ул. Ак. Проскуры, 12, Харьков 61085, Украина Тел:(0572) 448378; e-mail: raisa(o)_ire.kharkov. ua

Аннотация Рассмотрена методика измерения параметров диэлектрических материалов, основанная на резонансных характеристиках структуры, состоящей из цилиндрического запредельного волновода, частично заполненного диэлектрическим элементом. На основе полученных выражений для диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь, связанных с резонансными характеристиками резонатора, в качестве примера, определены значения £ , и tgd диэлектрического элемента из тефлона.

I.  Введение

Создание новых материалов, являющихся основой при разработке вычислительной техники и радиоэлектронной аппаратуры, обуславливает необходимость исследования их свойств. Актуальным является развитие радиофизических методов измерения параметров различных материалов в СВЧ диапазоне. В настоящей работе, продолжающей исследования [1, 2], предложена методика измерения комплексной диэлектрической проницаемости (s, tgS)

диэлектрического элемента (ДЭ) по резонансным характеристикам волноводно-диэлектри-ческого резонатора (ВДР). Задача определения параметров материалов сводится к решению уравнений электродинамики для данного резонатора, измерению его резонансной частоты (/г) и собственной добротности (£?о)> а п0 измеренным величинам fr и Q0 определяются параметры материалов.

II.  Основная часть

Модель ВДР (рис. 1) представляет собой отрезок цилиндрического волновода, запредельного для резонансной частоты, радиусом а , внутри которого

расположен ДЭ длиной / , заполняющий поперечное сечение волновода. С одной стороны на расстоянии L от ДЭ может быть размещен коротко замыкающий (КЗ) поршень. С другой стороны от ДЭ волновод предполагается бесконечным.

Рис. 2. Зависимости резонансной частоты, собственной и частичных добротностей от параметра

На

Fig. 2. Dependences of resonance frequency, eigen and partial Q-factors from parameter 11 а

Кривые рис. 2 соответствуют параметрам тефлона си проводимости латуни с

ст = 1.5 -107 См/м [5]. Для экспериментальных исследований был изготовлен резонатор в сантиметровом диапазоне, с внутренним диаметром волновода 13 мм. Измерения проводились с ДЭ, имеющими длину от 1 до 30 мм. Крестиками на рисунке отмечены экспериментально полученные значения резонансных частот. Величина диэлектрической проницаемости тефлона, определенная по измеренным резонансным частотам ВДР, составила £ = 2.08 + 0.02. Измеренная собственная добротность резонатора при 1/а = 0.6 на резонансной частоте /;. = 11.8 ГГц была равной

Q0 = 2930 (на рис. 2 отмечена кружком), что соответствует тангенсу угла потерь тефлона /g<5 = 3-10~4, вычисленному по выражениям работы [3].

Как видно из рис. 2, собственная добротность ВДР в области //я = 0.6-1.25 обусловлена в основном потерями в диэлектрике. В этом случае можно воспользоваться приближенной оценкой величины тангенса угла потерь по выражению tgS = (О0У1, что справедливо в предположении концентрации энергии резонансного колебания в ДЭ. Из кривых добротностей можно заключить, что при увеличении длины ДЭ погрешность определения тангенса угла диэлектрических потерь будет расти в связи с тем, что на собственную добротность большее влияние оказывает частичная добротность, связанная с потерями в металле. Измеренная величина собственной добротности при 11 а = 2.3 О0 = 2000, что заметно отличается

от расчетных данных. Такое различие может быть связано с технологией изготовления латуни и наличием окисной пленки. В области 1/а = 1.7-4.5, где добротность ВДР определяется в основном потерями в металлических стенках, можно оценить проводимость металла, из которого изготовлен резонатор. Расчеты показывают, что величина проводимости латуни, по измеренным величинам (20 =2000 и

/g<5 = 3-10~4 составляет сг = 1.2-107 См/м.

III.Заключение

Таким образом, методом ВДР можно измерять диэлектрическую проницаемость, тангенс угла потерь диэлектрических материалов, а в случае диэлектрического элемента с известными параметрами

–    определять проводимость материала металлической части резонатора.

I.     Список литературы

[1]  Belous R. /., Makeev Yu. G., Motornenko A. P. Parameters determination of dielectric materials at the resonances of hybrid microwave oscillations in the waveguide dielectric resonator.Proc. of the 2nd International .Conference, on Atenna Theory and Techniques. Kyiv, 20-22 May 1997, pp. 323-325.

[2]  Makeev Yu. G.. Motornenko A. P. Parameters measurement of anisotropy dielectric. Proc.4th international Kharkov Symposium Physics and Engineering of millimeter and Submillimeter waves. Kharkov, 4-9 June 2001, pp. 838-839.

[3] Белоус P. И.. Макеев Ю. Г.. Моторненко А. П. Вюник Сумського державного уыверситету, 1997, №1(7), с. 65-69.

[4]  Белоус Р. И.. Макеев Ю. Г.. Моторненко А. П. Радиофизика и электроника: Сб.науч.тр./ НАН Украины. Ин-т радиофизики и электроники им. А. Я.Усикова, 2000, т. 5,

№ 1, с.36-42.

[5]  Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. 1008 с.

MEASUREMENT OF PARAMETERS OF DIELECTRIC MATERIALS ON CHARACTERISTICS OF WAVEGUIDE DIELECTRIC RESONATOR

Belous R. I., Makeev Yu. G., Motornenko A. P.

Usikov Institute for Radiophysics and Electronics, National Academy of Sciences of Ukraine 12 Ac. Proskura St., Kharkov 61085, Ukraine Phone: (0572)448378, e-mail: raisa(3>ire.kharkov.ua

Abstract A method of parameters measurement of dielectric materials based on resonance characteristics of a structure which consists of a cylindrical evanescent waveguide partially filled with dielectric element has been considered. Using the expressions associated with the resonance characteristics of the resonator the permittivity and the loss tangent of a dielectric for the dielectric element made of Teflon have been obtained.

I.  Introduction

The creation of new materials which are the stage for the elaboration of the computer designs and the radioelectronics equipment requires the investigation of their properties. The development of the radiophysics methods of parameters measurement of different materials on microwave is topical. In this paper which continues investigation [1,2], the method of the measurement of the complex permittivity (e , tgS ) of the dielectric element (DE) on the resonance characteristics of the waveguide dielectric resonator (WDR) has been proposed. The problem for the parameters determination of the materials is reduced to the solution of the electrodynamic equations for the given resonator and to the measuring resonance frequency (f.) and eigen Q-factor (O0). The parameters of the materials

are defined with the measured values fr and O0 .

II.  Main part

WDR model is a segment of the cylindrical waveguide beyond-cutoff for the resonance frequency. The DE with length / is mounted inside of the waveguide with radius Cl. On the one part from DE a short-circuited plunger may be placed at the distance L . On the other part of DE the waveguide is intended to be infinite. The solution of the problem for the eigen oscillation spectrum and Q-factor of that resonator is presented in [3, 4]. A possibility of the parameters determination of dielectrics will be illustrated by example of Teflon, e and tgS of DE are defined by the known values of the wall conductance of the resonator and by the measured values fr and O0 .

The variations of the fr and О for the parameter Ha are calculated for the Hln -mode on condition that plunger is in infinity (Fig.2). The curves for the £ = 2.1; tgS = 2-\QT4\

<r = 1.5-107 cm/m were obtained. For the experimental investigation the brassy resonator with diameter 13 mm had been made. The measurements of the f and O0 for DE with I = 1 и30 mm were carried out. The experimental values of fr and O0 are shown by crosses and dots. The permittivity that is defined by the measured fT is £ = 2.08 + 0.02. tgS is 3-10^ for the O0 = 2930 . The calculations for the expressions from [3] had been carried out.

III.  Conclusion

Thus £ and tgS of the dielectric materials may be measured by means of WDR method and in case when DE parameters are known and the wall material conductance of the metal part of the resonator may be defined.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

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