ИЗМЕРЕНИЕ относительной диэлектрическои ПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛА С ПОМОЩЬЮ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ ПОЛНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

January 17, 2013 by admin Комментировать »

Бердышев С. Н., Саламатин В. В. Кафедра радиотехники, Севастопольский национальный технический университет Студенческий городок, Стрелецкая балка, г. Севастополь, 99053, Украина тел.: +38 0692 235108, e-mail: s-berdyshev@mail.ru

Аннотация – Предложена методика измерения относительной диэлектрической проницаемости материала волноведущего стержня полоскового металлодиэлектрического волновода (ПМДВ) при помощи поляризационного измерителя ПОЛНЫХ сопротивлений, построенного на основе ответвителя круговой поляризации (ОКП).

I.                                       Введение

Рис. 1. Измерение диэлектрическо!^ проницаемости. Fig. 1. Relative permittivity measurement

На третьем этапе вычисляется разность фаз Δφ = ф – Фп, которая равна:

Поляризационные измерители обладают малыми габаритными размерами и простотой работы, они могут быть изготовлены по третьему классу точности и при этом не уступают измерительным линиям второго и третьего классов точности. Благодаря указанным качествам были разработаны и выпущены поляризационные измерители сантиметрового диапазона, предназначенные для определения полных сопротивлений волноводных и коаксиальных устройств.

Из (1) определяем длину волны в отрезке ПМДВ:

Основным узлом поляризационных измерителей является ОКП. В работе [1] описывается ОКП, построенный на ПМДВ. Данный ОКП предназначен для построения измерителей полных сопротивлений устройств, базирующихся на ПМДВ, однако он может быть использован и для нестандартизованных измерений, например, для измерения параметров движения объектов или отдельных деталей сложных механических узлов [2].

которая также определяется как [3]

Также интересным является применение измерителя полных сопротивлений, построенного на описываемом в [1] ОКП, для измерения относительной диэлектрической проницаемости материалов, применяемых для изготовления ПМДВ.

II.                         Методика измерения

Для волны основного типав ПМДВ при воздушной подложке (б2 =1) дисперсионное уравнение имеет вид [31

Здесь учтено, что cos0^=sin0j( и sinG^ = cosGj^, а — поперечный размер волноведущего стержня.

В результате совместного решения системы двух уравнений (4) и (5) находим неизвестные и .

Упрощенная схема измерителя относительной диэлектрической проницаемости изображена на рис. 1. Падающая волна Р от генератора подается в волноведущий диэлектрический стержень 1 и, отражаясь от границы стержня 1 и подложки 2, а также от металлических поверхностей 3, поступает в отрезок ПМДВ 6 с воздушной подложкой, у которого волноведущий стержень выполнен из образца исследуемого диэлектрика. Отразившись от короткозамыка- теля (КЗ) 7, волна направляется в обратном направлении. Падающая и отраженная волны через крестообразное отверстие связи 5 возбуждают во вторичном круглом волноводе 4 две волны круговой поляризации с противоположенным направлением вращения. В результате интерференции в круглом волноводе волна будет иметь эллиптическую поляризацию, причем параметры эллипса будут однозначно связаны с модулем и аргументом комплексного коэффициента отражения подключенной к измерителю нагрузки — отрезка ПМДВ с КЗ.

Измерение относительной диэлектрической проницаемости осуществляется в три этапа.

На первом этапе к выходному фланцу поляризационного измерителя присоединяется КЗ и измеряется аргумент коэффициента отражения φο.

На втором этапе КЗ подключается через отрезок регулярного волновода длиной L и измеряется аргумент коэффициента отражения отрезка линии с ко- роткозамыкателем φ (рис. 1).

где λ —длина волны генератора; —угол между осью волновода и вектором Пойнтинга парциальной волны; ει — относительная диэлектрическая проницаемость материала волноведущего стержня ПМДВ.

Из сопоставления (2) и (3) следует

Из полученного уравнения (7) определяем значение .

Таким образом, измерив разность фаз Δφ коэффициентов отражения короткозамыкателя и отрезка волновода с короткозамыкателем, зная длину L и частоту генератора, можно определить величину относительной диэлектрической проницаемости образца диэлектрика, используемого в качестве материала волноведущего стержня ПМДВ.

Уравнение (7) может быть решено одним из численных методов.

Относительная погрешность определения диэлектрической проницаемости будет определяться относительными погрешностями измерения аргументов коэффициентов отражения от КЗ Δφ и отрезка

ПМДВ Δφ^ , стабильностью генератора, точностями определения длины волны Δ;, и измерения размеров диэлектрического образца А,_ v\ Ад ·.

Как показывает анализ выражения (8), основной вкпад в погрешность определения относительной диэлектрической проницаемости вносят погрешности измерения аргументов коэффициентов отражения поляризационным измерителем, которые не превышают 1 % – 2 %.

III.                                  Заключение

Таким образом, предложенный метод определения диэлектрической проницаемости представляет практический интерес, поскольку позволяет достаточно просто получить результат с хорошей точностью. Точность при этом в основном зависит от качества поляризационного измерителя, выполненного на ОКП.

IV.                           Список литературы

[1]  Бердышев С. Н. Анализ широкополосных свойств ответвителя круговой поляризации // В кн.: 15-я Междунар. конф. «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2005): Материалы конф. (Севастополь,

12-      16 сентября 2005 г.). — Севастополь: Вебер, 2005. —

С.        547-548.

[2]  Бердышев С. Н., Зиборов С. Р. Интерферометрический измеритель параметров движения // Вестник СевГТУ. Вып.68: Информатика, электроника, связь: Сб. науч.

в случае, если величина не представляет интереса, то cosG^ можно представить выражением:

тр. — Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2005. — С. 180-188.

[3]  Исследование и разработка оптимальной линии передачи КВЧ диапазона / Бондаренко И. К., Саламатин В. В., Плоткин А. Д. и др. // В кн.: 7-я Междунар. конф. «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМи- Ко’97): Материалы конф. (Севастополь, 15-18 сентября 1997 г.). — Севастополь: Вебер, 1997. — С.138-139.

RELATIVE PERMITTIVITY MEASUREMENT USING THE POLARIZATION Z-METER

Berdyshev S. N., Salamatin V. V.

Radio Engineering Faculty,

Sevastopol National Technical University Studencheskiy gorodok, Streletskaya balka, Sevastopol, 99053, Ukraine Ph: +38 0692 235108, e-mail: s-berdyshev@mail.ru

Abstract – The method of measurement of the relative permittivity of a metal-dielectric strip waveguide (MDSW) material by means of the circular polarization coupler (CPC) based Z- meter is presented.

I.                                        Introduction

Polarization Z-meters are small and usable, and yield to no one of measuring lines ofthe II or III accuracy rating.

CPC is the main part of the polarization Z-meters. MDSW CPC [1] is intended for Z-meters’ design to measure MDSW devices’ impedance and for non-standard measurements of actuated parts’ motion parameters [2].

It is of interest to use Z-meter based on the CPC in [1] for measurement of relative permittivity of MDSW materials.

II.                      The Method of Measurement

The simplified scheme of relative permittivity measuring device is shown in Fig. 1.

The permittivity measuring is realized in three steps. Foremost, the short termination 7 is coupled to the output flange of polarization meter and the impedance angle φο is measured. At the second step, the impedance angle φ of waveguide section 6 with short termination is measured (Fig. 1). The length ofthe section 6 is equal to L and cross dimension of dielectric stick is equal to a . The waveguide section 6 has an air substrate. At the

third step the phase difference Δφ = φ-φο is calculated.

Taking into account the (1) and the result of [3] the equation

(7)  is obtained. The root of equation can be derived by any

numerical method.

The analysis of expression (8) shows the influence of impedance angles measurement error (max. 1 % — 2 %) upon the relative permittivity miscalculation.

III.                                     Conclusion

Thus, the suggested method of relative permittivity measurement has a practical importance owing to usability and high accuracy. The method accuracy depends on Z-meter and CPC quality.

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