Устройство для измерения диэлектрической проницаемости материалов

 

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повышение точности. Устройство содержит отрезок 1 прямоугольного волновода, согласованные нагрузки 2 - 4, детекторный диод 5, отверстие, исследуемый образец 7, щели 8 - 10, шарнирный узел 11, узел 12 крепления, металлические стенки 13 и 14, диэлектрические кольца 15 и 16, брэгговский аксиально-симметричный резонатор 17, прижимной винт 18, диод 19 с отрицательным сопротивлением и эл-ты связи 21. При помещении образца 7 в измерительное плечо отрезка 1 разность фаз электромагнитных волн на диоде 5 изменится и, следовательно, изменится амплитуда детектированного сигнала. Амплитуду сигнала, снимаемого с диода 5, а следовательно, и разность фаз можно восстановить, повернув резонатор 17 и отрезок 1 на определенный угол один относительно другого и вокруг оси, проходящей через центр отрезка 1. Цель достигается за счет уменьшения потерь в тракте прохождения элетромагнитной волны. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (!1) (g1)g С 01 N 22/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

17 19

Фие. 2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

:(2)) 4428176/24-09 (22) 23.05.88 (46) 23.03 ° 90. Бюл. 1 11 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт трубной промышленности (72) С. В. Тимофеев (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1322131, кл. G 01 N 22/00, 1982.

Доброхотов Б. А. Измерения в электронике. Т. 2, — М.: Энергия, 1965, с. 199. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится,к радио-: технике. Цель изобретения — повьппение точности. Устр-во содарижт отрезок прямоугольного волновода, согласованные нагрузки 2 — 4, детекторный диод 5, отверстие, исследуемый обра2 зец 7, щели 8, 9" и 10, шарнирный узел 11, узел 12 крепления, металлические стенки 13 и 14, диэлектрические кольца 15 и 16, брвгговский аксиально-симметричный . резонатор 17, прижимной винт IS, диод 19 с отрица тельным сопротивлением и эл-ты 21 связи. При помещении образца 7 в измерительное плечо отрезка,I разность фаз электромагнитных волн на диоде

5 изменяется и„следовательно, изменяется амплитуда детектированного сигнала. Амплитуду сигнала, снимаемого с диода 5, а следовательно, и раз". ность фаз можно восстановить, повернув резонатор 17 и отрезок 1 íà определенный угол один относительно другого и вокруг оси, проходящей через центр отрезка 1. Цель достигает— ся за счет уменьшения потерь в тракте прохождения электромагнитной волны. 2 ил.

1 552081

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использовано при измерении параметров материалов ,н миллиметровом диапазоне волн. 5

Цель изобретения — повьппение точ— ности, Па фиг. 1 приведено устройство для измерения диэлектрической проницаемости материалов, вид сверху; ня 10 фиг, 2 — разрез А-А на фиг. 1.

Устройство для измерения диэлектрической проницаемости материалов содержит отрезок прямоугольного волновода 1, согласованные нагрузки 2 — 4, 1S детекторный диод 5, отверстие 6, исследуемый образец 7, щели 8 — 10, шарнирный узел 1 1, узел 12 крепле вЂ, ния, металлические стенки 13 и 14,, диэлектрические кольца 15 и 16, брэг- 2Р говский аксиальпо-симметричный резонатор 17, прижимной винт 18, диод 19 ! с отрицательным сопротивлением, первый 20 и второй 21 элементы связи, Устройство для измерения диэлект- 25 рической проницаемости материалов работает следующим образом.

В центре отрезка прямоугольного волноводя 1, в отверстии, помещается детекторный диод 5. Отрезок волновода 30 между согласованной нагрузкой 2 и детекторным диодом 5 образует измерительное плечо, куда помещается исследуемый образец. Опорное плечо образовано другим участком отрезка прямоугольного. волноводя 1, между согласованной нагрузкой 3 и детекторным диодом 5. По центру широкой стенки отрезка прямоугольного волновода 1, в его опорном плече, выполнено отверс- 4р тие 6, я в измерительном плече отрезка волновода 1 выполнена щель 8, параллельная продольной осп отрезка прямоугольного волновода 1. Детекторный диод 5 крепится в отрезке прямо- 45 угольного волновода 1 при помощи узла 1 2 крепления, представляющего собой прямоугольную в основании призму с резьбовым отверстием, в котором перемещается прижимнои винт !8. Шарнир- 5ð ный узел 11 служит для крепления диода 19, а также для возможности вращения друг относительно друга отрезка прямоугольного волноводя и аксиальносимметричного брэггового резонатора.

Источник СВЧ-колебаний выполнен в виде генератора ня диоде с отрицатель- ным соп,отивлением. Резонатор генератора обрлзован рясположеиными MPKpó метялличсc .êöìè стенками 3 и 14 яксияльно — симметричными относитель ю диода 19, кольцами диэлектрика 15 с чер едующими с я ди эл е к тр ич е с к ими и ро н ицаемостями, образующими решетку неоднородностей брэгговского резонатора.

Последний кольцевой слой 6 выполнен из диэлектрика с малой диэлектричес— кой проницаемостью и нагружается согласованной нагрузкой 4 в виде сильно поглощающего диэлектрического слоя.

В металлической стенке 13 над кольцевым слоем 16 выполнена щель 10 в виде неполного витка спирали Архимеда расположенная внутри кольцевой щели 9.

Электромагнитная волна, генерируемая диодом 19, последовательно отражается от диэлектрических колец 15 периодической решетки неоднородностей брэгговского резонатора и при соответствующем периоде неоднородностей складываясь в фазе, образует положительную обратную связь для диода 19 на частоте, строго определенной периодом неоднородностей решетки. Электромагнитная волна, прошедшая через решетку неоднородностей, образует в слое диэлектрика 16 благодаря согласованной нагрузке бегущую волну. Так как вся система обладает аксиальной симметрией, эта волна цилиндрическая.

Поскольку щели 8 и 10, отверстие 6 и щель 9 совпадают, образуя соответственно элементы 20 и 21 связи, бегущая цилиндрическая электромагнитная волна из слоя диэлектрика 16 через эти отверстия связи распространяется, по отрезку прямоугольного волновода от

OTBPptTHH CBstSH B CTOpOHbI> tIpOTHBOположные детекторному диоду 5, поглощаясь согласованными нагрузками 2 и

3, а волны, падающие на детекторный диод 5, образуют стоячую волну определенной зависящей от набега фаз в плечах отрезка прямоугольного волновода амплитуды. При помещении в измерительное плечо отрезка прямоугольного волновода исследуемого образца, разность фаэ электромагнитных волн на детекторном диоде 5 изменяется и, следовательно, изменяется амплитуда детектированного сигнала. Амплитуду сигнала, снимаемого с детекторного диода 5, а следовательно, и разность фаз можно восстановить, повернув на определенный угол друг относительно друга и вокруг оси, проходящей через центр отрезка прямоугольного волново5 1552 да, аксиально-симметричный брэгговский резонатор и отрезок волновода.

При этом, поскольку щель 10 в металлической стенке 13 выполнена в виде неполного витка спирали Архимеда, а щель 9 в этой же металлической стенке выполнена кольцевой, то щель

l0 в измерительном плече смещается вдоль щели 8 на величину тем большую, lo чем на больший угол повернут резонатор 17 или волновод 1, при этом изменяется величина связи резонатора 17 с волноводом, а величина этой связи в опорном плече волновода 1, осущест- >5 вляемая через первый элемент 21 связи, остается неизменной. Зная этот угол, и зная длины волн в диэлектрическом слое )6 и измерительном плече волновода можно определить на сколь- 2р ко изменилась фаза колебаний на детекторном диоде,5 и с учетом размера исследуемого образца найти диэлектрическую проницаемость последнего.

Осевая симметрия брэгговского ре- 25 зонатора и его электромагнитная связь с опорным и измерительным плечами отрезков прямоугольного волновода позволяют наряду с уменьшением потерь в тракте прохождения электромагнитной ЗО волны фиксировать изменения длины волны в измерительном плече отрезка прямоугольного волновода. Например, при диэлектрической проницаемости ис=

-следуемого образца, равной 10, на

35 длине волны в свободном пространстве, равной 8 мм, повороту акеиально-симметричного резонатора диаметром 23 см на 1 соответствует перемещение отверо стия связи на 0,0036 мм и смещение боковой поверхности резонатора от ее первоначального положения на 2 мм, т.е. можно фиксировать изменение длины волны на 0,0018 мм.

Формула из обретения 4

Устройство для измерения диэлектрической проницаемости материалов, 081 6 содержащее источник СБЧ-колебаний, отрезок волновода, служащий дчя размещения исследуемого образца и связанный с резонатором через первьп элемент связи, образованиьп1 отверстиями в резонаторе и отрезке волиовода, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в качестве резонатора использован аксиальносимметричный брэгговский резонатор, источник СВЧ-колебаний выполнен в виде генератора на диоде с отрицательным сопротивлением, который установлен в центре аксиально-симметричного брэгговского резонатора, отрезок волновода выполнен прямоугольным, ось симметрии которого совпадает с осью симметрии аксиально-симметричного брэг- . говского резонатора, в центре отрезка прямоугольного волновода установлен введенный детекторный диод, отверстие первого элемента связи в аксиальносимметричном брэгговском резонаторе выполнено в виде кольцевой щели, прорезанной в металлической стенке.аксиально-симметричного брэгговского резонатора, центр которого совпадает с центром кольцевой щели, введен второй элемент связи, связывающий отрезок прямоугольного волновода с аксиально-симметричным брэгговским резонатором, причем второй элемент связи образован отверстиями связи в виде щели, прорезанной в металлической стенке аксиально-симметричного брэгговского резонатора, имеющей форму неполного витка спирали Архимеда и расположенной внутри кольцевой щели, и щели, прорезанной в стенке отрезка прямоугольного волновода,.параллельно его продольной оси, отрезок прямоугольного волновода и аксиально-симметричньп3 брэгговский резонатор установлены с возможностью поворота друг относительно друга, вокруг оси, проходящий че— рез центр отрезка прямоугольного волновода.

1552081

Составитель А. Михайлова

Редактор И. Дербак Техред П,сердюкова Корректор N. Максимишииец

Заказ 326

Тираж 485

Подписное

ВНИИИИ 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