ИЗМЕРЕНИЕ ДИСПЕРСИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВОЛНОВОДОВ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ЗАПОЛНЕНИЕМ

January 27, 2013 by admin Комментировать »

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

Аннотация – Предложен метод измерения дисперсионных характеристик волноводов с диэлектрическим заполнением (полным или частичным), а также эффективной диэлектрической проницаемости (ЭДП). В основу метода положено измерение максимальных значений частотной зависимости КСВ для волновода с диэлектрическим заполнением               имеющей для диэлектриков без потерь пе

риодический характер. Приведены расчетные формулы, экспериментальные результаты.

I.                                       Введение

При заполнении волновода диэлектриком первоочередной задачей является определение его дисперсионной характеристики [1,2]. Для частично заполненного волновода (ЧЗВ) это трансцендентное уравнение относительно коэффициента замедления m = AlA (λ – длина волны в вакууме; Л – длина волны в волноводе) [1,2]. В существующих методах измеряют либо 5”-параметры такого волновода [3], либо длину волны [4]. Недостатком первого метода является необходимость решения трансцендентного дисперсионного уравнения и использование дорогого векторного анализатора цепей, а для второго метода

–    использование измерительной линии, что ограничивает количество исследуемых видов ЧЗВ. Предлагаемый метод свободен от указанных недостатков, ХОТЯ и имеет меньшую точность.

II.                               Основная часть

Для волноводов, заполненных диэлектриком без потерь, частотные зависимости модулей коэффициентов отражения и передачи имеют периодический характер [5,6]. Минимумы этих зависимостей являются резонансными частотами, а максимумы – анти- резонансными частотами. На антирезонансных частотах выполняется условие:

где β – коэффициент фазы; I – длина волновода с диэлектрическим заполнением; « = 0,1,2,….

Подстановка (1) в выражения для КСВ и ослабления волновода с диэлектриком дает такой результат.

КСВ:

Решение (3) относительно имеет вид:

Решение (2) относительно ε „ имеет вид:

Ослабление:

где–                 коэффициент    замедления

полого волновода;–          коэффи

циент замедления волновода с диэлектриком;– эффективная диэлектрическая проницаемость.

Из (4) следует, что на антирезонансной частоте Т. е. измерение на антирезонансной частоте при использовании (4) позволяет измерить ЧЗВ или, при полном заполнении волновода, диэлектрическую проницаемость заполняющего его материала, поскольку в этом случае                                          .

Из (2) также следует, что на антирезонансной частоте между коэффициентами замедления и Шд существует простая связь:

Очевидно, ЧТО с помощью (5) можно найти коэффициент замедления волновода с диэлектрическим заполнением , измерив только значение антирезонансной частоты и на этой частоте, т. е. это измерение его дисперсионной характеристики.

Точность таких измерений будет определяться ТОЧНОСТЬЮ измерения                Кроме того, если для

данного образца значения выходят за пределы измерений, то такие измерения теряют смысл. В таком случае условие (4) можно использовать только для приближенной оценки      .

Выражения, подобные (4), (5) можно получить и из (3). Решение (3) относительно ε „ имеет вид:

Недостаток такого подхода такой же, что и в предыдущем случае – небольшая точность.

Экспериментальная проверка предложенного метода в восьмимиллиметровом диапазоне длин волн для образцов из фторопласта с длинами 20-40 мм показала, что значение относительной погрешности измерения лежала в пределах 0,5… 12 % при калибровке панорамного измерителя КСВН на рабочий диапазон частот. Расчеты ε^ для этих же образцов с помощью (6) показали, что относительная погрешность измерения ε^ была в пределах 0,4…20 %. поэтому при измерении (или ) с помощью (6)

((7) соответственно) с целью уменьшения погрешности целесообразно использовать метод замещения. Относительно использования (4) (или (5)), то здесь для уменьшения погрешности измерения можно использовать измерение              при         калибровке пано

рамного измерителя на фиксированную частоту.

Значение относительной погрешности измерения m^ для рассматриваемых образцов лежит в пределах 0,3…8,2%. Т. е. погрешность измерения коэффициента замедления в полтора раза меньше, нежели погрешность измерения проницаемости при одной и той же измеряемой величине – значении на антирезонансной частоте, что есть преимуществом предложенного метода.

III.                                   Заключение

Предложен новый метод измерения дисперсионных характеристик волноводов с диэлектрическим заполнением (полным или частичным), а также эффективной диэлектрической проницаемости. С этой целью измеряются максимальные значения частотной зависимости КСВ для волновода с диэлектрическим заполнением, получаемой с помощью панорамного измерителя КСВН. Полученные расчетные выражения просты и наглядны.

Экспериментальная проверка метода в восьмимиллиметровом диапазоне длин волн показал, что точность измерения дисперсионных характеристик в полтора раза выше, нежели точность измерения эффективной диэлектрической проницаемости при одной и той же измеряемой величине – значении на частоте максимума зависимости               и

составила 0,3…8,2 % для образцов из фторопласта.

IV.                            Список литературы

[1] Егоров Ю. В. Частично заполненные прямоугольные волноводы. – М.: Сов. радио, 1967. – 216 с.

[2] Бергер М. Н., Капилевич Б. Ю. Прямоугольные волноводы с диэлектриками. – М.: Сов. радио, 1973. – 256 с.

[3] Kim В., Jeong М., Baik S., Kazmirenko V., Prokopenko У., Pereverzeva L. Poplavko Y. Microwave investigation of ferroelectric bulk and film materials // Proceedings of 11 -th International Conference „Microwave & Telecommunication Technology» (CriMiCo’2001). – Sevastopol: Weber Co. – 2001. – P. 600-603.

[4] CUMUH H. C. Измерение диэлектрической проницаемости с помощью измерительной линии, частично заполненной диэлектриком // Радиотехника. – 1978. – Т. 33, № 1. – С.

91-92.

[5] V. V. Chukhov One method of propagation constants measurement // Proceedings of the 4-th International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter, and Submillimeter Waves (MSMW01). – Kharkov, Ukraine. – 2001.-V.2, p. 820-822.

[6] Чухов В. В. Анал1з чутливост1 хвилеводно!’ ком1рки у ви- падку д1електрика без втрат // В1сник ЖДТУ. Техн1чн1 науки. – 2004. – № 4 (31). – С. 75-84.

MEASUREMENT OF DISPERSIVE RESPONSES OF WAVEGUIDES WITH DIELECTRIC FILLING

V.                                       V. Chukhov Zhytomyr State Technological University

103, Cherniakovsky Str, Zhytomyr, 10005, Ukraine

Ph.: 38(0412) 22-14-10, e-mail: mps_cvv@ukrnet

Abstract – Method of measurement of dispersive responses of waveguides with dielectric filling (full or partial) and effective dielectric permeability (EDP) is proposed. Method bases on measurement of maximum values of VSWR frequency dependence for waveguide with dielectric filling                                                                        that has periodical

character for dielectric without loss. Formulas for calculation and experimental results are given.

I.                                        Introduction

Determination of dispersive responses for waveguides with dielectric filling is the main problem for these waveguides [1, 2]. For partly filled waveguide (PFW) it is transcendent equation relatively coefficient of delaying m = XjA. (Л – freespace

wavelength; Λ – waveguide wavelength) [1,2]. But some method needs vector network analyzer and solve of transcendent equation [3], other method can use several modification of PFW only [4]. Proposed method has not these lacks, but it has less accuracy.

II.                                       Main Part

Frequency dependence of modules of reflection and transmission coefficients for waveguide with dielectric (without loss or low loss) has periodical character [5,6]. Minimums of these dependences are resonant frequencies, maximums are antiresonant frequencies. At antiresonant frequencies we have next condition:

(1)

where β – phase coefficient; I – length of waveguide with dielectric filling; n =0,1,2,….

According to (1) VSWR and loss at antiresonant frequency can be determined accuracy (see (2), (3)).

Solving eqn. (2) relatively EDP , we shall obtain eqn.

(4)    . From eqn. (2) we shall obtain also eqn. (5). This equation relates delaying coefficient and VSWR mean at antiresonant frequency (here – delaying coefficient for empty

waveguide). Eqn. (5) can be used for measurement dispersive responses of waveguide with dielectric filling.

In case of loss coefficient we can obtain equations similar with to (4) and (5) – see eqn. (6) and (7).

Experimental checking of proposed method at millimeter wave range is made. Relative error for material with dielectric permeability about two on base eqn. (4) did not exceed 0.5…12%. Relative error did not exceed 0.4…20% for these same specimens in case of eqn. (6) usage. Relative error of dispersive response measurement did not exceed 0.3…8.2% for these same specimens. Note, that error of dispersive response measurement is less at one and half time than error of permeability measurement for common measuring mean – VSWR at antiresonant frequency. It is advantage of this method.

III.                                      Conclusion

New method of dispersive responses of waveguides with dielectric filling and effective dielectric permeability measurement is proposed. Relative error of dispersive response measurement for material with dielectric permeability about two at millimeter wave range did not exceed 0.3…8.2 %.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

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