Устройство для измерения больших значений комплексной диэлетрической проницаемости низкоимпедансных композиционных материалов на свч
Владельцы патента RU 2328008:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)
Изобретение относится к области измерения электрических величин и может быть использовано в производстве существующих и новых поглощающих материалов типа углепластиков, применяется в СВЧ-диапазоне, а также для контроля электрических параметров диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь. Технический результат - получение более точной измерительной информации о значении комплексной диэлектрической проницаемости низкоимпедансных композиционных материалов. Предлагается устройство для измерения больших значений комплексной диэлектрической проницаемости сильно поглощающих материалов на СВЧ, в котором П-волновод короткозамкнутый на конце, а на боковой стенке напротив гребня выполнена продольная щель большой длины, параллельно оси П-волновода, и снабженная согласующими скосами, ширина щели во всю стенку П-волновода, которая в процессе измерения закрывается эталонным короткозамыкателем или измеряемым образцом. 3 ил.
Изобретение относится к области измерения электрических величин и может быть использовано в производстве существующих и новых поглощающих материалов типа углепластиков, применяется в СВЧ-диапазоне, а также для контроля электрических параметров диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для измерения комплексной диэлектрической проницаемости косвенным методом, включающее короткозамкнутый на конце прямоугольный волновод, имеющий на боковой стенке продольную щель большой длины, параллельно оси волновода, снабженную согласующими скосами, которая в процессе измерения закрывается эталонным короткозамыкателем или измеряемым образцом [см. Патент РФ №2199760, Б.И. №6, 2003 г.]. Измерения проводятся в два этапа, в начале к щели волновода подключается эталонный короткозамыкатель и производится калибровка установки, затем к щели волновода взамен эталонного короткозамыкателя подключается исследуемый плоский образец диэлектрика. От СВЧ-генератора по волноводу подается зондирующая электромагнитная волна. Информация о параметрах материала заключается в амплитудах и фазах отраженных волн, т.е. в комплексном коэффициенте отражения от образца. Для измерения коэффициента отражения могут применяться одиночные и многозондовые измерительные линии, автоматические измерительные линии, автоматические измерители полных сопротивлений и т.п. Обработка результатов производится по способу прототипа [см. Патент РФ №2199760, Б.И. №6, 2003 г.].
Недостатком описанного прототипа являются невысокая точность измерения ε и tgδ для низкоимпедансных материалов, имеющих одновременно большие значения диэлектрической проницаемости ε и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ и характеризующиеся большими коэффициентами отражения от образца. Электромагнитная волна при взаимодействии с измеряемым образцом низкоимпедансного композиционного материала испытывает большое затухание, для измерения ε и tgδ используют электромагнитную волну повышенной мощности.
Сущность изобретения заключается в следующем, в уменьшении погрешности измерения относительной диэлектрической проницаемости ε и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ низкоимпедансных композиционных материалов и расширения частотного диапазона измерения диэлектрической проницаемости .
Технический результат - получение более точной измерительной информации о значении комплексной диэлектрической проницаемости низкоимпедансных композиционных материалов.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для измерения больших значений комплексной диэлектрической проницаемости низкоимпедансных композиционных материалов на СВЧ, характеризующихся большими значениями комплексной относительной диэлектрической проницаемости, содержит СВЧ-генератор, измерительное устройство комплексного коэффициента отражения, короткозамкнутый на конце волновод, имеющий на боковой стенке продольную щель большой длины, параллельно оси волновода, снабженную согласующими скосами, которая в процессе измерения закрывается эталонным короткозамыкателем или измеряемым образцом, эталонный короткозамыкатель и образец измеряемого материала.
Особенностью является то, что оно содержит короткозамкнутый на конце П-волновод, у которого на боковой стенке напротив гребня выполнена продольная щель большой длины, параллельно оси короткозамкнутого на конце П-волновода, и снабженная согласующими скосами, причем ширина щели - во всю стенку короткозамкнутого на конце П-волновода.
Измерение диэлектрической проницаемости производится в два этапа, в начале щель закрывается эталонным короткозамыкателем, затем щель закрывается пластиной исследуемого материала. От СВЧ-генератора по короткозамкнутому на конце П-волноводу подается зондирующая электромагнитная волна, которая распространяется по короткозамкнутому на конце П-волноводу со щелью и взаимодействует с измеряемым образцом. В обоих случаях производится измерение комплексного коэффициента отражения от короткозамкнутого на конце П-волновода со щелью. Свойства П-волноводов - это более широкая рабочая полоса частот на низшем типе колебаний, к тому же в месте между гребнем и боковой стенкой концентрируется повышенная напряженность электромагнитного поля, что увеличивает чувствительность и точность метода измерения на образцах измеряемого материала малых геометрических размеров.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 - представлено поперечное сечение П-волновода, на Фиг.2 - его вид сбоку, на Фиг.3 - вид снизу короткозамкнутого на конце П-волновода.
Устройство содержит СВЧ-генератор, измерительное устройство для измерения комплексной относительной диэлектрической проницаемости 
и короткозамкнутый на конце П-волновод 1, у которого на боковой стенке напротив гребня выполнена продольная щель большой длины, параллельно оси короткозамкнутого на конце П-волновода 1, и снабженная согласующими скосами, ширина щели может быть во всю стенку короткозамкнутого на конце П-волновода 1, эталонный короткозамыкатель и образец измеряемого материала 2.
Устройство работает следующим образом. Короткозамкнутый на конце П-волновод 1 образцом измеряемого материала 2 подключается к измерительной схеме и СВЧ-генератору. От СВЧ-генератора по короткозамкнутому на конце П-волноводу 1 подается зондирующая волна, которая движется по короткозамкнутому на конце П-волноводу 1, у которого на боковой стенке напротив гребня выполнена продольная щель большой длины, параллельно оси короткозамкнутого на конце П-волновода 1, и снабженная согласующими скосами, причем ширина щели может быть во всю стенку короткозамкнутого на конце П-волновода 1, и доходит до короткозамкнутого конца П-волновода 1, отражается и движется в обратном направлении. Сначала производятся измерения комплексного коэффициента отражения зондирующей волны от короткозамкнутого на конце П-волновода 1 с эталонным короткозамыкателем, установленным на место щели, затем производятся измерения коэффициента отражения зондирующей волны, когда установлен образец измеряемого материала 2 (пластина). Из полученных результатов комплексных коэффициентов отражения зондирующей волны от короткозамкнутого на конце П-волновода 1 с образцом измеряемого материала 2 и с эталонным короткозамыкателем вычисляется значение комплексной диэлектрической проницаемости измеряемого материала.
Устройство для измерения больших значений комплексной диэлектрической проницаемости низкоимпедансных композиционных материалов на СВЧ, характеризующихся большими значениями комплексной относительной диэлектрической проницаемости, содержащее СВЧ генератор, измерительное устройство комплексного коэффициента отражения, короткозамкнутый на конце волновод, имеющий на одной стенке продольную щель большой длины, параллельно оси волновода, снабженную согласующими скосами, которая в процессе измерения закрывается эталонным короткозамыкателем или измеряемым образцом, эталонный короткозамыкатель и образец измеряемого материала, отличающееся тем, что оно содержит короткозамкнутый на конце П-волновод, у которого на широкой стенке напротив гребня выполнена продольная щель большой длины, параллельно оси короткозамкнутого на конце П-волновода, и снабженная согласующими скосами, причем ширина щели - во всю стенку короткозамкнутого на конце П-волновода.
