Лавринович А. А., Кириченко А. Я., Філіппов Ю. Ф., Черпак М. Т. Інститут радіофізики та електроніки ім. А. Я. Усикова НАН України вул. Ак. Проскури, 12, Харків – 61085, Україна Тел.: (057) 7448363; e-mail: lavr@ire.kharkov.ua

З рис. 1 видно, що зі збільшенням діаметру d порожнього капіляра від 0 до 2.9 мм частота підвищується незначно. Причому, зсув частоти помітно збільшується тільки при d> 1.45 мм. Заповнення капіляра спиртом призводить до зниження частоти резонатора. Капіляр, заповнений водою, також призводить до зниження частоти щодо частоти резонатора з порожнім капіляром при діаметрі d = 0-0.65 мм. При подальшому збільшенні d спостерігається підвищення частоти, і при d = do ^ 1 мм частотний зсув для води змінює знак на протилежний по відношенню до частотного зсуву для спирту.

d, mm

Рис. 2. Залежність декремента резонатора від внутрішнього діаметра капіляра для НЕ-хвилі.

Fig. 2. Relation of resonator decrement vs inside diameter of capillary for HE mode wave

При введенні в капіляр металевого стержня спостерігається той же ефект підвищення частоти. Декремент втрат (1 / Q) в КДР з різними досліджуваними речовинами також помітно відрізняються, хоча характер їх поведінки однаковий (рис. 2).

Інша поведінка частотних характеристик спостерігалося для ЕН – хвилі, електричне поле якої має компоненти поля, найбільш сильно виражені в площині, перпендикулярній осі ампули (для НЕ – хвилі, компоненти поля направлені в основному паралельно осі ампули). Так, уже при малих значеннях d спостерігається розщеплення резонансу. Знак низькочастотної гілки залежності зсуву частоти від діаметра капіляра, при заповненні останнього водою і металом, змінюється на протилежний (у порівнянні з випадком НЕ – хвилі) і збігається зі знаком для спирту.

На підставі експериментальних досліджень проведено теоретичний аналіз отриманих результатів за умови існування в резонаторі аксіально-однорідних коливань (kz= 0). Показано, що спостережуване зниження частоти пропорційно відношенню квадратів радіусів капіляра R і резонатора rd, що призводить до слабкого впливу на резонансні частоти. При збільшенні діаметра d капіляра з водою на частоті резонатора зр в ньому виникає спектр вимушених коливань з різними значеннями азимутальної компоненти хвильового вектора q. Найбільший вплив надають вимушені азимутальні коливання, характеризуються великими значеннями азимутальних індексів q. Вони є високодобротних, так як амплітуди їх відмінні від нуля лише поблизу поверхні капіляра. Внаслідок цього виникає спостерігається в експерименті сильне вплив води на частоту коливань (рис. 1).

III. Висновок

Таким чином, проведені експериментальні дослідження та теоретичний аналіз отриманих результатів вказують на те, що при малих значеннях діаметра капіляра, заповненого водою, спостерігається зниження частоти власних коливань КДР. При збільшенні d має місце ефект перерозподілу поля в капілярі, заповненому водою, і виникнення вимушених високодобротних коливань, що роблять істотний вплив на власні частоти резонатора.

Отримані результати вказують на можливість використання КДР даного типу в дослідженнях діелектричних властивостей рідин малого об’єму з великим значенням tg5 в міліметровому діапазоні довжин хвиль.

Робота виконана при частковій фінансовій підтримці Науково-технологічного центру України (проект 2051).

IV. Список літератури

[1] AfsarM. Л /., Button К. J. Proc. IEEE, 1985, v.73, № 1, pp. 131.

[1] Девятков H. Д. Радіотехніка та електроніка. 1978, Т.23, № 9, С. 1982.

[2] Ейзенберг Д., Каузман В. Структура і властивості води. П.: Гидрометеоиздат, 1975. С. 280.

[3] Ільченко М. Е., Взятишев В. Ф., Гассанов П. Г. Діелектричні резонатори / / Под ред. Ільченко М.Є. М.: Радіо і зв’язок, 1989, С. 328.

SPECTRAL PROPERTY STUDIES OF DISC QUASI-OPTICAL DIELECTRIC RESONATOR WITH A LIQUID-FILLED CAPILLARY

Lavrinovich A. A., Kirichenko A. Ya.,

Filipov Yu. F., Cherpak N. T.

A. Ya. Usikov Institute for Radiophysics and Electronics National Academy of Science of Ukraine

12, Acad. Proskura St., Kharkiv – 61085, Ukraine

Tel.: (8057) 7448363, e-mail: lavr@ire.kharkov.ua

Abstract – Results of experimental study and theoretical analysis of spectral characteristics of “whispering gallery” HE mode waves are presented for disc quasi-optical dielectric resonator (QDR) with liquid-filled capillary as a heterogeneity. A character of QDR Eigen frequency dependence with different liquids is different at capillary diameter change. The mentioned features similar for water and metal are characterized by opposite signs of the frequency shift depending on wave mode, either HE or EH.

I.  Introduction

By the present, sufficiently many researches on dielectric property study of different materials including liquids using millimeter and sub-millimeter wave techniques were published [1]. Microwave studies of liquids allow one to determine structure of solutions and weak intermolecular cohesions [2]. At physical property study of different materials, an ever-growing interest becomes apparent to application of quasi-optical dielectric resonators (QDR) of various modifications [4].

The aim of the given paper is to investigate electrodynamic properties of the disc QDR with a capillary filled with different substances.

II.  Main part

The disc QDR made of Teflon material was used in the present work. Measurements were carried out in the frequency range of 37-53 GHz for both HEnms і EHnms mode waves where n=35-38, m=1, s~0 are azimuthal, radial and axial indexes accordingly. Here, values of resonant frequency f and signal attenuation A in the resonator depending on diameter of a hole in the capillary were registered at complete embedding of the capillary into the resonator. One can see from obtained results of experimental and theoretical investigations that decrease of Eigen frequencies of the QDR is observed at small values of diameter of the capillary filled with water. At increase of effects of field redistribution in the water-filled capillary and appearance of induced high-quality oscillations take place. The latter influences sufficiently the Eigen frequencies of the resonator.

III.  Conclusion

The results of the present paper denote possibility of application of the investigated QDR for studying dielectric properties of liquids in small d with large values of loss tangent in millimeter wave range.

This work was supported in part by the Science and Technology Center of Ukraine (the project No 2051).

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»