ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЯРИЗУЕМОСТИ ДИПОЛЬНЫХ РЕЗОНАТОРОВ

February 28, 2013 by admin Комментировать »

А. Н. Лагарьков\ Г. В. Белокопытов^, В. Н. Семененко\ А. В. Ступаков, В. А. Чистяев Институт теоретической и прикладной электродинамики РАН (ИТПЭ ОИВТ РАН) ул. Ижорская 13/19, г. Москва, 125412, Россия тел.: (495) 4858322, e-mail: vnsem@hotmail.ru  МГУ им. М. В. Ломоносова Ленинские горы, г. Москва, 119992, Россия тел.: (495) 9393261, e-mail: gvb@phys.msu.su

Аннотация – В данной работе представлена методика расчета магнитной и электрической поляризуемости ди- польных резонаторов из результатов эксперимента. Установлено хорошее согласие измеренных величин поляризуемости с расчетными, что свидетельствует о корректности методики.

I.                                       Введение

в последние годы проявляется значительный интерес к созданию и исследованию метаматериалов (композитов) – структур, состоящих из макроскопических поляризуемых частиц [1, 2]. В связи с этим актуальна задача экспериментального определения поляризуемости частиц, составляющих композит. В частности, только измерения могут дать информацию о влиянии на поляризуемость факторов, которые определяются технологией приготовления частиц.

II.                              Основная часть

в линейной электродинамике имеют место соотношения:

Коэффициенты пропорциональности и

называются электрической и магнитной поляризуемостями. Для полей, осциллирующих во времени по

закону соотношения (1) следует рассматривать для комплексных амплитуд и полагать:

Традиционный метод экспериментального определения поляризуемости основан на измерении сдвигов резонансной частоты и добротности объемного резонатора СВЧ при помещении в него исследуемой частицы [3]. Величину поляризуемости находят с помощью формул теории возмущений. Этот метод применим для частиц, удовлетворяющих условию квазистационарности и не обладающих резонансными свойствами. Однако в широко применяемых для построения композитов ДИПОЛЬНЫХ резонаторах эти требования не выполняются. Накопление энергии в них приводит к тому, что возмущение, вносимое частицей в объемный резонатор, не мало. При этом происходит перестройка всего спектра колебаний совокупной системы, так что в некоторых частотных интервалах измерение поляризуемости резонансных частиц традиционным методом оказывается невозможным.

С целью обоснования методики измерения поляризуемости ДИПОЛЬНЫХ резонаторов было рассмотрено возбуждение системы двух связанных резонаторов

–   полого объёмного и квазисосредоточенной частицы внутри него. Частота вынужденных колебаний СО близка к собственным частотам парциальных систем. Поскольку геометрические размеры частицы композита много меньше длины электромагнитной волны в окружающем пространстве, можно считать, что возбуждение в ней вынужденных колебаний происходит под действием однородного поля, а ее воздействие на колебания измерительного резонатора происходит так же, как воздействие сосредоточенного тока, создаваемого колеблющимся дипольным моментом

Для напряженности электрического и магнитного поля в объемном резонаторе можно полагать:

)

где ТГ^{г)- нормированные собственные

функции W-й моды.

Если взаимодействие частицы с резонатором происходит только за счет магнитного момента, тогда для              получим:

где■    расстройка, =Q;\ Q добротность ненагруженного объемного резонатора, F – амплитуда сторонней силы.

Для частицы – дипольного резонатора с собственной частотой СО2 эффективный импеданс

где

—коэффициент затухания. При этом частотная зависимость поляризуемости имеет вид:

где ,— расстройка, а значение

пропорционально     коэффициенту связи                      :

Из (4) и (3) вытекает приближенная формула, которая определяет частотную зависимость амплитуды колебаний:

а также соотношение между расстройками при резонансе и выражение для добротности нагруженного резонатора:

Нами были проведены измерения поляризуемости различных диэлектрических и металлических частиц при ИХ помещении в цилиндрический объемный резонатор, возбуждавшийся на моде . Условия эксперимента были аналогичны работам Нои [2,4]. Для ряда фиксированных положений поршня измеряли частоту резонанса yj и добротность ненагруженного резонатора q . Затем, поместив частицу в

центр цилиндрической полости, измеряли сдвиг резонансной частоты δ f – f – /γ и добротность нагруженного резонатора Q. По данным первичных измерений были построены частотные зависимости расстроек Δ^(Δ2) и добротности Q{f).

Ниже в качестве примера представлены результаты измерения магнитной поляризуемости двух диэлектрических резонаторов, изготовленных из керамики ВК-7 {s’= 2100 при комнатной температуре, tgiJ«0.03 в диапазоне длин волн 10 см). Также

приведены результаты эксперимента с металлическим резонатором, который представлял собой спираль ИЗ медного провода.

Значения                    о    определялись  путем   совмест

ной аппроксимации функции расстройки и частотной зависимости потерь (см. рисунки для диэлектрического шара, крестики – экспериментальные точки, плавная кривая — аппроксимация (6)).

Рис. 1.

Fig. 1.

Результаты обработки измеренных зависимостей представлены в таблице.

Таблица 1. Table 1.

Была измерена также электрическая поляризуемость сферического резонатора. В интервале 3.2 – 3.6 ГГц СДВИГ собственной частоты цилиндрической ПОЛОСТИ не зависел от частоты. Значение электрической поляризуемости составило = 6.6793-Ю^м^ ■

Для сферической частицы установлено хорошее согласие измеренных величин поляризуемости с расчетными, что свидетельствует о корректности методики.

III.                                  Заключение

Предложенное обобщение резонаторной методики определения поляризуемости частиц на случай ДИПОЛЬНЫХ резонаторов, возбуждаемых в цилиндрической ПОЛОСТИ пригодно в условиях как слабой, так и СИЛЬНОЙ СВЯЗИ. Обработка результатов измерений описанным методом позволяет, одновременно с определением поляризуемости, получить коэффициент затухания, характеризующий уровень собственных потерь резонатора (не включающий потери на излучение). При этом достаточно высокую точность измерений можно обеспечить, не предъявляя высоких требований к используемым приборам. Методика пригодна ДЛЯ дипольных резонаторов из непроводящих ИЛИ проводящих материалов, или их сочетания.

IV.                          Список литературы

[1]  J. в. Pendryatal. IEEE Trans. V. МТТ-47. No.11. P. 2075 (1999).

[2]  A. N. Lagarkov at al. Electromagnetics. 1997. V.17. No.3. P. 213.

[3]  K. S. Champlin atal., IRE Trans. MTT. 1961. V.9. No.5. P.545.

[4]  Семененко В. Η., Чистяев В. А., Рябов Д. Е. Препринт ИВТАН № 8-430. 1999.

EXPERIMENTAL DEFINITION OF DIPOLE RESONATOR POLARIZABILITY

Lagarkov A. N\, Belokopytov G. V.^, Semenenko V. N\ Syupakov A. V.^, Chistyaev V. A.^

^Institute for Theoretical and Applied Electromagnetics Russian Academy of Sciences Izhorskaya 13/19, Moscow, 125412, Russia Ph.: +7(495) 4858322, e-mail: vnsem@hotmail.ru ^Moscow Lomonosov State University Leninskie Gory, Moscow, 119992, Russia Ph..+7(495) 9393261, e-mail: gvb@phys.msu.su

Abstract – Presented in this paper is the technique for calculation of magnetic and electric polarizability of dipole resonators using experimental results. It was determined good coincidence between the measured and calculated polarization values, that proves the technique correctness.

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