Устройство для измерения показателя преломления искусственных диэлектриков (его варианты)

 

1. Устройство для измерения показателя преломпения искусственных диэлектриков, содержащее СВЧ-генератор и регистратор, соединенные соответственно с передающей и приемной антеннами для оазмещения между ними образца исследуемого искусственного диэлектрика, при этом приемная и передакнцая антенны установлены с возможностью осевого перемещения , отличающеес я тем, что, с целью повышения точности измерений , образец исследуемого искусственного диэлектрика выполнен в форме двояковыпуклой фокусирующей линзы, размещенной от приемной антенны на расстоянии г, определяемом из условия г 1 А г где D - диаметр образца исследуемого искусственного диэлектрика , Л - длина рабочей волны. о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

7070 А

6% OD, e, 01 и 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2836672/18-09 (22) 02.11.79 (46) 07.08.84. Бюл. М - 29 (72) А.С.Трофимов и A.3.Фрадин (71) Ленинградский электротехнический институт связи им. проф.

М.А.Бонч-Бруевича (53) 62 1.317.335.3 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР к- 334511, кл. Q 01 N 22/04,,1970.

2, Казанский В.В. и др. Теоретические и экспериментальные исследования свойств искусственных металлодиэлектриков. — ЖТФ, т. 40, 1970, У 3, с. 631-641 (прототип) . (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ IIPEJIOMJIEHHJI ИСКУССТВЕННЫХ

ДИЭЛЕКТРИКОВ (ЕГО ВАРИАНТЫ). (57) 1. Устройство для измерения показателя преломпения искусственных диэлектриков, содержащее СВЧ-генератор и регистратор, соединенные соответственно с передающей и приемной антеннами для оазмещения между ними образца исследуемого искусственного диэлектрика, при этом приемная и передающая антенны установлены с возможностью осевого перемещения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, образец исследуемого искусственного диэлектрика выполнен в форме двояковыпуклой фокусирующей линзы, размещенной от приемной антенны на расстоянии r определяемом из условия рг г (1 где D — - диаметр образца исследуемого искусственного диэлектрика, . — длина рабочей волны.

2. Устройство для измерения показателя преломления искусственных диэлектриков, содержащее СВЧ-генератор и регистратор, соединенные соответственно с передающей и приемной антеннами для размещения между ними образца исследуемого искусственного диэлектрика, при этом приемная и передающая антенны установлены с возможностью осевого перемещения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, образец исследуемого искусственного диэлектрика выполнен в виде плосковыпуклой фокусирующей линзы, обращенной плоской стороной к приемной антенне и размещенной на расстоянии

gz

x ) — от приемной антенны, при этом приемная антенна установлена с возможностью перемещения в направлении перпендикулярном ее оси.

Изобретение относится к технике измерений на сверхвысоких частотах и может быть использовано для исследования физических свойств веществ, например для измерения показателя преломления искусственных диэлектриков, являющихся основой устройств преломления или дифракции излучаемых электромагнитных волн, в частности призм и линз.

Известно устройство для измерения свойств материалов, содержащее генератор СВЧ, включенный на вход двухканальной измерительной схемы, в один из каналов которой включены приемная и передающая антенны и расположенный между ними образец материала, а в другой канал — измерительные и компенсационные аттенюаторы и фазовращатели.

Указанное устройство позволяет определять параметры материала на основе учета изменения интенсивности электромагнитных СВЧ-волн, проходящих через образец ) 1).

Однако данное устройство не позволяет измерять показатель преломления искусственных диэлектриков.

Наиболее близким техническим решением к изобретенью является устройство для измерения показателя преломления искусственных диэлектриков, содержащее СВЧ-генератор и регистратор, соединенные соответственно с передающей и приемной антенной для размешения между ними образца искусственного диэлектрика, при этом приемная и передающая антенны установлены с возможностью осевого перемещения 2 ).

Для достижения цели в устройстве для измерения показателя преломления искусственных диэлектриков. содержаgp щем СВЧ-генератор и регистратор. соединенные соответственно с передающей и приемной антеннами для размещения между ними образца исследуемого искусственного диэлектрика, при этом приемная и передающая

35 антенны установлены с возможностью осевого перемещения, сГразец исс.зедуемого искусственного диэлектрик:< выполнен в форме двояковыпуклой

40 фокусируюшей линзы, размещенной от

Однако известное устройство позволяет определять показатель преломления лишь по результатам измерения фазовых характеристик отраженной и прошедшей волн. При этом отсутствует возможность сравнения результатов измерений с результатами, полученными на основе определения каких-либо других характеристик электромагнитного поля, что отрицательно сказывается на точности измерений.

Образец в форме параллелепипеда, используемый в известном устройстве должен достаточно хорошо имитировать неограниченный плоскопараллельный слой исследуемого материала. Это обстоятельство определяет значительные размеры образца и существен20 ную трудоемкость его изготдвления, связанную с выполнением большого числа элементов искусственной диэлектрической структуры.

Цель изобретения — повышение точ25 ности измерений. !

11О7О7О приемной антенны на расстоянии r, определяемом из условия

25

Пг

r (—

Л где D — диаметр образца 5 исследуемого искусственного диэлектрика, длина рабочей волны (фиг.1), либо образец исследуемого искусственного диэлектрика выполнен в виде плосковыпуклой фокусирующей линзы, которая обращена плоской стороной к приемной 55 антенне и размещена на расстоянии рг

r > — от приемной антенны, при

D2

r (Л где D — диаметр образца исследуемого искусственного диэлектрика, — длина рабочей волны.

В устройстве для измерения показателя преломления искусственных диэлектриков образец исследуемого искусственного диэлектрика выполнен в виде плосковыпуклой фокусирующей линзы, обращенной плоской стороной к приемной антенне и размещенной на рг расстоянии r > — от приемной антенЛ ны, при этом приемная антенна установлена с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном ее оси.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства для измерения показателя преломления искусственных диэлектриков, на фиг. 2 — структурная электрическая схема варианта устройства для измерения показателя преломпения искусственных диэлектриков.

Устройство для измерения показателя преломления искусственных диэлектриков содержит СВЧ-генератор 1 и регистратор 2, соединенные соответственно с передающей и приемной антеннами 3 и 4 для размещения меж- 35 ду ними образца 5 исследуемого искусственного диэлектрика, при этом приемная 4 и передающая 3 антенны установлены с возможностью осевого перемещения, причем образец 5 иссле- 40 дуемого искусственного диэлектрика выполнен в форме двояковыпуклой линзы, которая размещена от приемной антенны 4 на расстоянии r, опре- деляемом из условия этом приемная антенна установлена с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном ее оси .

Устройство для измерения показателя преломления .искусственных диэлектриков работает следующим образом.

При включении СВЧ-генератора 1

СВЧ-энергия излучается передающей антенной 3 в направлении образца 5. при этом излучаемое электромагнитное поле в области между передающей антенной 3 и образцом 5 существует в виде сферически расходящихся волн.

При прохождении этих волн через образец 5 исследуемого искусственного диэлектрика в виде двояковыпуклой либо плосковыпуклой фокусирующей линзы происходит изменение волнового фронта таким образом, что в области между образцом 5 и приемной антенной

4 поле имеет характер сферически сходящихся волн, принимаемых приемной антенной 4, подключенной на вход регистратора 2. Последняя при перемещении приемной 4 и передающей 3 антенн с помощью механизмов 6 и 7 регистрирует характеристики пространственного распределения электромагнитного поля, обусловленного совокупным действием передающей антенны

3 и образца 5 в форме двояковыпуклой либо плосковыпуклой фокусирующей линзы.

При использовании образца в виде двояковыпуклой фокусирующей линзы (фиг.1) устройство позволяет снимать распределение электромагнитного поля путем синхронного осевого перемещения приемной 4 и передающей 3 антенн в противоположных направлениях симметрично относительно образца. Указанные распределения характеризуются наличием ряда чередующихся минимумов и максимумов (в том числе и фокального максимума), положение которых на оси расстояний указывает действительное фокусное расстояние f образца 5. Поскольку линза-образец

5 изготавливается в расчете на некоторый заданный показатель преломления и например по приближенным формулам, и некоторое заданное фокусное расстояние с f то использование предлагаемого устройства позволяет определить отличие hf действительного фокусного расстояния от расчетного. т.е. df

По этой величине рассчитывается дп—

1107070

Д n = 4 f

Фиг. 2 П7111717171 Заказ 5752/31 ТиРаж 711 Попппожое филиал HOG Патент,, г.Ужгород, ул.Проектная, 4 разность между действительным показателем преломления и первоначально принятым в расчете, для чего используется соотношение

Данные о положении выше упомянутых минимумов и максимумов, которые могут быть получены при использова- 10 нии предлагаемого устройства, обеспечивают определение и независимо от условий облучения образца 5. . Устройство также дает возможность снимать поперечные распределения 15 поля путем перемещения приемной ан- тенны 4 перпендикулярно оси системы при различных, но равных между собой расстояниях от линзы до передающей антенны 3 и от линзы до плоскос- 20 ти перемещения приемной антенны 4.

В отличие от предыдущего в этом случае действительное фокусное расстояние определяется по семейству снятых графиков поперечного распреде- 25 ления как расстояние, соответствующее наиболее глубокому "провалу" между центральным лепестком поперечного распределения и первым боковым.

При использовании образца 5 в виде плосковыпуклой фокусирующей линзы (фиг.2) предлагаемое устройство позволяет снимать диаграммы направленности (ДН) образца 5 для различных положений передающей антенны 3 на оси системы. В этом случае действительное фокусное расстояние f, а следовательно, и искомая величина и определяются тем положением передающей антенны 3, которое соответствует наиболее узкой ДН. С целью более точного измерения и определение

f может быть основано и на сравнении уровней характерных изгибов (горбов) экспериментальных ДН и ДН, предварительно полученных для разных f расчетным путем.

Использование в предлагаемом устройстве образцов разной формы дает разнообразие подходов к определению показателя преломления Ь . Вместе с тем переход от одной формы образца к другой не увеличивает объема подготовительной работы, так как плосковыпуклые фокусирующие линзы могут быть получены разделением двояковыпуклых по экваториальной плоскости.

Возможность определения и путем исследования разнообразных характеристик пространственного распределения электромагнитного поля обеспечивает выокую точность измерения путем сопоставления данных различных подходов.

Выполнение образца искусственного диэлектрика в виде фокусирующей линзы дает возможность уменьшить по сравнению с известным устройством его необходимый объем, а также количество элементов, образующих искусственную диэлектрическую структуру образца. Это снижает трудоемкость процесса выполнения искусственной диэлектрической структуры и упрощает подготовку образца к измерениям.