Способ измерения диэлектрической проницаемости и угла потерь высококачественных диэлектриков

 

ттатен с . н„ ос,.а„! б о,иота:а ."

© ее < < < > < >7Q8261

Союз Советских

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕЙ ЙЯ (61) Дополнительное к авт, свид-ву№ 153948 (5t)Nt. Кд. (22) Заявлено 25.05,7 8(2т ) 262 1899/1 8-09

Я Ol R 27/26 с прксоедккенкем заявки ¹ (23) П риорнтет тесударстаенньй аекетет

СССР ве делам взебретеней в еткритей

Опубликовано 05,01.80. Бюллетень № 1

Дата опубликования описания 05.01.80 (53} УЯК 621. .317.39 (088.8) (72) Авторы изобретеккя

В. П. Прудкий и В. В. Сафонов

Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. 300-летия воссоединения

Ук анны с Россией (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ПРОНИБАЕМОСТИ И УГЛА ПОТЕРЬ

ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

Изобретение относится к технике радиоизмерений.

По основному авт. св. ¹ 153948 известен способ измерения диэлектрической проницаемости и угла потерь высококачественных диэлектриков, основанный на

5 измерении резонансной частоты и доброт ности резонатора кольцеобразной формы из исследуемого материала, который возбуждают колебаниями чипа Н,т,тт„с помощью .то диэлектрических волноводов с колебаниями типа И,и, при этом размеры резонатора выбирают так, чтобы потери на излучение были малы по сравнению с тепловыми. т5

Однако этот способ характеризуется низкой точностью измерений, не позволяет определять неоднородносчи в исследуемом образце и автоматизировать процесс измерения.

Бель изобретения - повышение точносчи измерений, обеспечения возможности обнаружения неоднородностей и автоматизации процесса измерения.

Для этого в способе измерения диэлектрической проницаемости и угла потерь высококачественных диэлектриков, основанном на измерении резонансной частоты и добротности резонатора кольпеобразной формы из исследуемого материала, который возбуждают колебаниями чипа КИтт с помощью диэлектрических волноводов с с колебаниями типа Ц,, при этом размеры резонатора выбирают так, чтобы потери на излучение были малы по сравнению с тепловыми, в резонаторе осуществляют однонаправленную компенсацию потерь, внося невзаимное отрицательное ñoïðîчявление, и обеспечивают возникновение автоколебаний на собственной частоте резонатора, которую измеряют и по ней определяют диэлектрическую пронипаемость, а по разности сигналов, распространяющихся в резонаторе в прямом и обратном направлениях, обнаруживают неоднородности в исследуемом образце.

8261

3 70

На чертеже приведена схема устройства, с помощью которого осуществляется предложенный способ.

Устройство содержит нелинейный элемент 1 (усилитель), аттенюатор 2, напра ленные диэлектрические ответвители 3-5, резонатор 6 кольцеобразной формы, развязывающий вентиль 7, индикатор 8 (частотомер), индикатор.9 отраженного сигнала, индикатор 10 прямого сигнала.

Способ реализуется следующим образом.

Из исследуемого диэлектрического ма« териала изготовляют образец-резонатор

6 кольцеобразной формы (резонатор бегущей волны). Сигнал в установившемся режиме с выхода нелинейного элемента 1 направляют в резонатор 6 кольцеобразной формы, большая часть падающей энергии сигнала поступает в резонатор 6 и при малых полных затуханиях энергия в резонаторе 6 может быть на несколько поряд-. ков больше выходной энергии нелинейного элемента 1 (усипителя). Затем устанавливают оптимальные величины связей

С и С4 направленных диэлектрических ответвитепей 3 и 4 соответственно, при этом вносимая в резонатор 6 энергия (йР) определяется иэ выражения р с (к-ц бх + в-5

Зо

50 где Pg - величина энергии входного сигнала нелинейного элемента 1; С, - входная связь; K — коэффициент усиления по напряжению, Величина связи С определяется из условия:

С= 4. К ъ 1-с 0- К2)

Таким образом, установив оптимальный вход энергии в кольцевой резонатор, выполнив условия баланса фаз Ь= h Л и амплитуд ЬР > Р потерь, систему переводят в автокопебательный режим на собственной частоте резонатора 6. Резонанс в резонаторе 6 наступает тогда, когда на длине резонатора 6 укладывается целое число длин волн. Затухания в резонаторе 6 однонаправленно через направленные ответвители 3 и 4 компенсируют работой нелинейного элемента 1 (усилителя). Частично нарушая баланс связью С, подают часть сигнала на индикатор 8 частоты дпя регистрации соб55 ственной резонансной частоты диэлектрического кольцевого резонатора. Определив частоту, резонансную длину волны и порядок резонанса, определяют замедление в резонаторе 6 копьцеобразной формы

L где 4 — длина резонатора, P — порядок резонанса, Д р — резонансная длина волны, укладывающаяся в резонаторе 6 целое число раз.

По замедлению в резонаторе 6 и его диаметру определяют диэлектрическую проницаемость материала образца.

О тангенсе угла потерь судят по изменению затухания в аттенюаторе 2, устанавливаемого в точке срыва колебаний, при фиксированном коэффициенте усиления нелинейного элемента 1, При наличии неоднородностей в исспе дуемом образце по разности величин отраженного сигнала, циркулирующего в нем в обратном направлейии, судят о наличии неоднородностей, дпя чего отраженный от неоднородностей сигнал измеряют индикатором 9 отраженного сигнала, а затем сравнивают показания индикатора 9 отраженного сигнала с показаниями индикатора

10 сигнала, распространяющегося в прямом направлении. При отсутствии отраженного сигнала, т.е. отсутствии неоднородностей в исследуемом материале, индикатор 9 отраженного сигнала показывает нулевое значение.

Обеспечение компенсации потерь в исследуемом диэлектрике резонаторе 6 кольцеобразной формы за счет внесения невзаимного отрицательного сопротивления приводит к значительному повышению эк— вивапентной добротности резонатора 6 кольцеобразной формы в заданном направлении распространения сигнала и позволяет создать условия для возникновения автокопебаний на собственной частоте, резонатора 6 кольцеобразной формы, предоставляя возможность измерять последнюю с высокой степенью точности, а, следовательно, с высокой степенью точности измерять диэлектрическую проницаемость диэлектриков. Большая точность отсчета частоты обеспечивается за счет применения индикаторов частоты, позволяющих автоматизировать процесс измерений; следует отметить и простоту смены исследуемых образцов.

Формула изобретения

Способ измерения диэлектрической проницаемости и угла потерь высококачественных диэлектриков по авт. св.

М 153948, о т и и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью. повышения точности измерений, обеспечения воэможности обнаСоставитель A. Кузнецов

Редактор И. Марховская Техред Л. Алферова

Корректор M. Ви ула

Заказ 8477/39 Тираж 10 19

UHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4

5 7082б1 6 ружения неоднородностей и автоматиза- те резонатора, которую измеряют, и по ции процесса измерения, в резонаторе осу ней определяют диэлектрическую пронишествляют однонаправленную компенсацию цаемость, а по разности сигналов, распропотерь, внося невзаимное отрицательное страняющихся в резонаторе в пряМом и сопротивление, и обеспечивают возникно- 5 обратном направлениях, обнаруживают невение автоколебаний на собственной часто- однородности в исследуемом образце.