Способ измерения диэлектрической проницаемости твердых материалов

 

Изобретение относится к радиофизическим измерениям параметров диэлектриков. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается способом, заключающимся в измерении параметров стоячей волны в волноводе с помещенным в нем образцом исследуемого материала, боковые поверхности которого контактируют со стенками волновода, и расчете по этим параметрам диэлектрической проницаемости. Выбирают вязкий диэлектрик с диэлектрической проницаемостью, примерно равной рассчитанной, которым заполняют зазоры между стенками волновода и боковыми поверхностями образца, после чего проводят повторные измерения параметров стоячей волны в волноводе с помещенным в нем образцом исследуемого материала и расчет по этим параметрам диэлектрической проницаемости. Устройство для измерения содержит г-р СВЧ 1, вентиль 2, измерительную линию 3, индикатор 4, детектор 5, зонд 6, отрезок волновода 7, вязкий диэлектрик 9. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕ1 CHOAX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 01 R 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ й

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4326269/24-09 (22) 10. I I . 87 (46) 07.09. 89. Бюп. 11 33 (71) Институт кибернетики им. В.М. Глушкова (72) А.И. Рыбка и В.В. Хоценко (53) 621.317.335.3 (088.8) (56) Абубакиров Б.А. и др. Измерение параметров радиотехнических цепей.

M.: Радио и связь, 1984, с. 26.

Брандт А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах.

M., ГИФ1 Л; 1963, с. 191-206. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОИ ПРОНИЦАЕМОСТИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к радиофизическим измерениям параметров диэлектриков. Цель изобретения — повьппение точности измерения. Поставленная цель достигается способом, заключающимся в измерении параметров

„„SU„, 1506388 A 1

2 стоячей волны в волноводе с помещенным в нем образцом исследуемого материала, боковые поверхности которого контактируют со стенками волновода, и расчете по этим параметрам диэлектрической проницаемости. Выби" рают вязкий диэлектрик с диэлектрической проницаемостью, примерно рав— ной рассчитанной, которым заполняют зазоры между стенками волновода и боковЫми поверхностями образца, пос— ле чего проводяг повторные измерения параметров стоячей волны в волноводе с помещенным в нем образцом исследуемого материала и расчет по этим параметрам диэлектрической про ": ницаемости. Устр-во для измерения содержит r-p СВЧ 1, вентиль 2, измерительную линию 3, индикатор 4, детектор 5, зонд 6, отрезок волновода

7, вязкий дизпектрик 9. 4 ил.

3 150638

Изобретение относится к области радиофиэичес);их измерений параметров диэлектриков, н частности к нолноводным методам измерения диэлектричес5 кой проницаемости (с) твердых материялов, и может быть использонано для определения твердых материалов в высокочастотном и сверхвысокочастотном диапазонах, для исследования диэлектриков с высокими значениями

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг.1 приведена структурная электрическая схема устройства, реа- )5 лиэующего способ измерения диэлектрической проницаемости твердых матерна" лон; на. фиг.2 — эпюры стоячей волны н волноводе без образца (а) и с образцом (б); на фиг.3 — расположение 20 материала н нолноводе и сечение А-А ; на фиг.4 — график зависимости f, — и (Я, ., Ч» ) при использовании компонента смеси: I — технический вазелин (Я, = E в = 4), II — порошок двуокиси титана (Kq =Ят-,о = 80) .

Зависимость в этом случае (фиг.4) имеет вид Я „, = antilg10,602V» +

+ 1,903(1 — Ч» ) ) („„, с» и значения диэлектрических проницаемо- 30 стей вязкого диэлектрика, первого и второго его компонентов соответственно; V — объемная концентрация перногс компонента,}, На фиг,1 обозначены генератор 1

СВЧ, вентиль 2, измерительная линия

3, индикатор 4, .детектор 5, зонд 6, отрезок нолнонода 7, образец 8 исслецуемого твердого материала н вязкий диэлектрик 9. 40

Способ измерения диэлектрической проницаемости твердых материл.IQB осуществляется следующим образом.

Изготавливают образец исследуемого твердого материала с размерами по- р5 перечного сечения, несколько меньшими, чем размеры поперечного сечения волновода, Устанавливают изготов- ленный образец твердого материала в нолноводе вплотную к короткозамыкающей пластинке. Проводят измерения (»1

К, % и х „, при и омощи из ме ри(»1 т ел ь нои линии, где К вЂ” ко э ()»фици е н т бегущей волны ; A — длина волны в в ол нов оде; х — э н ачение см еще ния

>) минимума стоячей волны в нолноноде. (a) И

По измеренным значениям К, »)»,> и х, и размерам образца материала вычисляют первое приближение дизлектричес8

»

»Ф) кой проницаемости материачаЯ . Выби% раю» тип 1марку) вязкого диэлектрика л С» с =(. либо, если вязкого диэлектрика с требуемь)м значением t <> нет, готовят бинарную связь, например, иэ технического вазелина и Ti0 в соот 2 ветствии с приведенной формулой.

Наносят на боковые поверхности образца твердого материала слой вязкого диэлектрика, устанавливают образец твердого материала в волноводе и удаляют наплывы вязкого диэлектрика на торце образца твердого материала и стенках волновода. Дополнительно ,) н (И) измеряют К „, Я и х, Дополнителье »Ъ1 но проводят расчет диэлектрической проницаемости твердого материала по измеренным параметрам, Принцип измерений и расчетов основан на следующем.

В нолноводе, возбуждаемом с одной стороны генератором СВЧ и коротко замкнуто)» с другой стороны, устанавливается стоячая волна с узлами, рас! положенными на расстоянии — 1», друг от друга и от короткоэамыкающей пластины, причем 9, связана с граничной длиной волны ф„ и длиной волны в свободном пространстве Л соотношением

Если вплотную к короткозамыкающей пластине установить в нолноноде образец твердого материала, картина стоячей волны изменяется: напряженность поля в узлах не достигает нуля, так как амплитуда отраженной, волны эа счет поглощения твердого материала становится меньше амплитуды падающей. Кроме того, все минимумы (узлы1 стоячей волны смещаются н сторону образца твердого материала, поскольку длина волны в нем меньше длины волны н полом волноноде. Укаэанные изменения картины стоячей волны зависят от свойстн исследуемого образца твердого материала и могут быть связаны с его электрическими характеристиками определенным соотношением, получающимся в результате решения соответствующей электродинамической задачи. Решение этой задачи, учитывающей условия на границах раздела, приводит к комплексному

5 ). )0á трансцендентному уравнению, связывающему характеристики твердого мате риала с измеряемыми величинлми коэффициентом бегущей волны К и пала5 жением узл.| стоячей волны относительно поверхности абрлзцл, Это ураннс ни» и".«еет Вид (D ?)г! 1 — j V tgf3« l )О

rГдŠ— ПаС TOJIÍttàil р . СItðλтрЛЧ»tiltÿ твердого л«атерил.па;

T0JIlUHH d О61>:1.3 > t, «BT» ри л. | с«; фЛЗOBI>t>t $ | ОЛ C >ЗатвЕ»TC7 Е«У ющий расс.ганн, |о or Ito»ер..;— но сти образ ||л твердn I î 1;Iт е— риала да Ilе!)Вага у3JI7 ст- I ей «олнь!. » с) х

К =- --- ) с)а (2) где )) х — расстояние ме)!ду тачками

Ë(3 удвое «нога мини|«у «;i.

Расстояние х !..ежду поверхностью

>п образца твердого л«лтерил.";1 и первы;« узлам стоячей волны определяется из выражения

> \ p х = -- — D 7 (3)

2 где 1 — смещение любого уэлл, обусловленное внесением образца

5(3

ПР1засl час 1 ь у рс> |«||с I«;«it (! ) Г с) те)»";|!

НЕЛ;|ЧИНЫ !, Д„И Х, КС>сарЬ;» алрЕдЕл я ются 1)рь помо| lи на. нов одной и3лlе рительной линии, уст,|>|а|)л»111!i)!«л«с)::;11; генератором с,1)Ч и вап!!а!«с)дн )й . екциеи с образцом тверда гс) ма гериллл г 25 имеющей такое же пап г ре:ное с е«!» |11:е, как и ctiêtlèÿ,:зс)держ.и!1»!)1 образец . |3»рдаго мат(.риала, Коэф >ипиепт бе> у«!!»!1 нс>лны >|эM(ря»тся 130 то !I |м лежа! \ил« нбли зи узлы стоячей нс («11!. Если ныби- 30 раются точки,. в которых пзклзлния индикатор нагс;|риб>ора (при кн адр лтичной характеристике детектор;.)

2 р;|за превышают его показания 13 минимуме, то Кв определяется по формуле

21 E — «F — С >.,> л, ) . .(4)

>3)

1)ь««!исс«ение постоял!|ай рлспрастранепия Г из ypar кения (1) может быть (»cyt1!e.стнлено графически либо !исленпь.",«методс м. Палуч»нное зна«!енп» гадстлн.(яю н уравнение (4) и на п(- »

;|я т . и

Провед ние !.nâ T«)ðíütõ измерений

I!tip,II>с трон сгоячей Ва..IIII t I« I«c пнаводе с помещенным в нем образцом твердого млгериала, Завары между которыми

3 .|)л не| ы ня 3 кил«диэлс. |стрикс)л«, li р;:е |ет по этим плрлметрлм диэлектри|с скан проницаемости псзнсляют найти

> и, рлнные цействитсльным или отJII« t, |юциеся от них ii» бале» чем

||л 1--2Е, Если требуется бсл»е Высокая

7 «чность, то после lip»I«»JE».IIIÿ повтор||ых из,"1»P»нил и Расчета с.. (гД» с (2), — j Ä ) диэлектрическая прон|п|лемаc TI

-,ГЕРД»ГО Мат»РИаЛа, !«сзЛУЧЕННЛЯ Н РЕ«ул| тате пронедеьп(я повторных измере|и|)) необходимо приготовить вязкий

С ()

j,ltýëåêTрик с с., =, в виде бин |р9

ttn3t смеси, например технический вазе;|ив — двуокись титана (., а = RG), Т 02 па.|:зуясь изнестнь.м злкан|м смеще1|ИЯ в с с тlgE«

Затем необходима извлечь образец т!3ердо го материал з из волновала, »;;EtTü с его боковых поверхностей и с г»нак нолнанада слой прежнего вязко| а диэлектрик"., установить образец твердого матс риала н волновад, зала Iнин зазоры (я KHI«диэлектриком с « t,g =C с.. (- i

= c. >, приготовленным в соответствии с (5), и прав ес-.и ес.е одни измере|п|я параметров стоячей 1«n »I.«в вол||аванс с образцом тнерлага материала, ())

1|о которым рассчитать F . При необхо.) дил«асти описанные опер,.it!ill можно провести несколько рл.«, д»6инаясь

««)- <) (>)) r ьыполнения неравенства!g, — с, / d f

>« ) где 1) Я вЂ” заданное значение допусти:«ой Iioi pel>tttocTv измерен||я.

55 твердого мате;)илла, Опр ед«»ленные у. Ic f«ç лн |я IM o6)>:. ç îì

-. Влчения величин К () и х а такя 8 >»»> же заранее измеренная тсл|яинл образЦСI ПОЗ ВОПЯ|ОТ ВЪ| IÈÑJIÈÒ Ь ПP III«»>I«) Ч ЛС:ТЬ уравнения (!), а затем и постаяннуt> с рлспростра||ения )Г, связлнную с

> и (-. следующей формулой, из!«ес тна!!

i!3 теории волнаводав: ф а р м у л а и 3 о 6 р е т е н и я

Гпасаб измерения диэлектри |ескай проницаемости твердых л«лтерил.-t< в, состоящий в измерении парам»трон сто ячей волны в нолноводе при наличии и отсутствии н нем твердого «i! Teplt.|лл

1506388 й5Яв и вычислении диэлектрической проницаемости твердого материала по измеpetttt! параметрам, о т л и ч а нэ шийся тем, что, с цел ь1э пгэээы111е5 ния точности измерения, зазор между стенкой волновода и тпсрд1.1м материалом э аполня10т l I tt з ким диэл ек Г )иком > диэлектрическая проницаемость которогоо примерно равна вычисленной диэлектрической проницаемости, измеря1вт параметры стоячей волны и вычислээют диэлектрическуlo проницаемость твердого материала по пзмереннъ1м параметрам.

I йт гекераЛ7ОРа

1506388

УО

Р3

Составитель А. Лысов

Редактор О. Юрковецкая Техред Г1.Ходанич Корректор Т. Палий

Заказ 543!/47

Тираж 7! 4

Подписное

ИНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г,. Ужгород, ул. Гагарина, 101