Чухов В. В. Житомирський державний технологічний університет вул. Черняховського, 103, Житомир – 10005, Україна Тел.: (0412) 22-14-10; e-mail: mps_cvv@ukr.net

Анотація – запропонована методика вимірювання діелектричної проникності з визначенням її типу (дійсна чи комплексна), яка базується на особливостях залежності вхідного коефіцієнта відбиття від частоти для відрізка хвилеводу, який навантажується послідовно на узгоджену навантаження і на коротко-замикач.

I. Вступ

На даний момент існує велика кількість методів вимірювань діелектричної проникності (див., наприклад, [1]). Незважаючи на різноманітність цих методів, важливим моментом залишається питання: який тип діелектричної проникності (дійсна чи комплексна) в досліджуваного матеріалу? Визначивши тип проникності, можна вибрати найбільш підходящий метод вимірювання, оскільки універсальні методи, як правило, складні і вимагають відповідного устаткування. У доповіді описується методика, що дозволяє досить просто визначити тип проникності матеріалу і виміряти її значення.

II. Основна частина

В силу використання панорамного вимірювача КСВН, за основу була взята типова вимірювальна комірка хвилеводних методів – відрізок хвилеводу з діелектриком.

Вимірювальна схема складається з відрізка хвилеводу з досліджуваним діелектриком (коефіцієнт відбиття R0 = R0ei,‘°), відрізка порожнього хвилеводу довжиною /0 і навантаження (коефіцієнт відбиття RH=RHei<p-). Схема відома, але, незважаючи на це,

використовується в різних прикладних задачах. Наприклад, її можна використовувати для вимірювання комплексного коефіцієнта відбиття RH [2] або для точного виміру невеликих коефіцієнтів відбиття двухполюсников [3].

Відомо, що відрізок хвилеводу, заповнений діелектриком без втрат, є взаємним, симетричним і недіссіпатівним чотириполюсником. Якщо діелектрик з втратами, то такий чотириполюсник взаємний і симетричний, але не є недіссіпатівним. Враховуючи цю обставину, нескладно показати, що для випадку діелектрика без втрат модуль вхідного коефіцієнта відображення Rрассматріваемой схеми буде таким:

де

де

Прирівнюючи ці коефіцієнти до одиниці, бачимо, що кожне з цих рівнянь вимагає одночасного виконання умов R0 = 1 і Т0= 0, тобто

, Що можливо тільки для недісіпатів-ного чотириполюсника. Це рівнозначно тому, що

* 1 І ДШП * 1

З отриманого результату можна зробити наступний висновок: за характером зміни залежно Kcm(F) для відрізка хвилеводу, заповненого діелектриком, послідовно навантажується на узгоджену навантаження і короткозамикачем, можна визначити тип проникності. Деталізуємо сказане.

Можна показати, що залежність Kcm(F) для

відрізка хвилеводу, заповненого діелектриком (з втратами або без), навантаженого на узгоджену навантаження, є строго періодичною. Заміна

погоджень навантаження на короткозамикач вимірюв-вується залежність Kcm{F) з періодичної на пряму. А в разі діелектрика з втратами залежність Kcm(F) залишається періодичної, тільки “піднімається” по осі КСВ на величину, пропорційну другий доданок в (2).

Експериментальна перевірка повністю підтвердила отримані теоретичні результати, причому як у випадку повного, так і у випадку часткового заповнення. Перевірка була зроблена в діапазоні частот 25 … 40 ГГц для діапазону проникності

1,3…10.

Запропонована методика має такі переваги. По-перше, це використання одного зразка (деякі методики пропонують використовувати набір зразків різної довжини). По-друге, як випливає з аналізу відповідних коефіцієнтів чутливості, оптимальними частотами для вимірювань проницаемостей є саме частотами екстремумів залежно Дост{/). У свою чергу, використання відрізка змінної довжини /0 дозволяє вільно зміщувати залежність

Kcmif) по осі частот, забезпечуючи тим самим вимір у всьому діапазоні робочих частот хвилеводу (результат математичного моделювання та експериментальної перевірки).

Сам алгоритм вимірювання діелектричної проникності базується на використанні залежностей (4) на цих частотах.

I. Висновок

Таким чином, запропонована методика вимірювання діелектричної проникності з визначенням її типу (дійсна чи комплексна). Використання частот екстремумів Kcm(F) дозволило зменшити похибку вимірювання до декількох відсотків.

II. Список літератури

[1] Казанцев Ю. Н. Методи і засоби вимірювання електродинамічних характеристик радіопоглинаючих і ра-діопрозрачних матеріалів / / Proceedings of XIV-th International Conference on Gyromagnetic Electronics and Electrodynamics, Microwave Ferrites, vol. 2, 1998.

[2] Гончаров А. К. Амплітудно-частотний метод вимірювання фази коефіцієнта відбиття / / Вимірювальна техніка.-1983-№ 5.

[3] Мощенко І. А., Песик А. С., Єгоров А. Б. Розвиток методу розсовування віддзеркалень при вимірюваннях параметрів двополюсників на СВЧ / / Матеріали 12-ї Міжнародної Кримської мікрохвильової конференції “НВЧ-техніка та телекомунікаційні технології »(КриміКо ‘2002). – Севастополь, Вебер. – 2002.

[4] Кудінов Е. В. Обчислення граничних значень КСВ на вході чотириполюсника, навантаженого на неузгоджену навантаження при невідомих фазових кутах / /

Вестн. Київ, політехи, ін-ту. Радіотехніка. – 1982. – Вип. 19.

METHODIC OF DIELECTRIC PERMEABILITY MEASUREMENT

ChukhovV. V.

Zhitomir State Technological University

103, Cherniakovsky St., Zhitomir, 10005, Ukraine Phone: (0412) 22-14-10 E-mail: mps_cvv@ukr.net

Abstract – Method of dielectric permeability measurement with permeability type (complex or not) definition is proposed. It is based at separateness of input VSWR response for waveguide segment with dielectric, loaded or on a matched load or on a short circuit lock.

I.  Introduction

There are many dielectric permeability measurement methods. But, there is a question: what dielectric permeability type (complex or not) for investigation material should be used? If we know it, we can choice suitable measurement method.

II.  Main part

Measurement scheme consist of a waveguide segment with dielectric (reflection coefficient R0 =Rne"p°), empty waveguide segment with length / and load (reflection coefficient^ = RHe,(PH).

It is possible to show, that in case of dielectric without losses the module of input reflection coefficient R of this

1                                                                                                                                  ex

scheme is equation (1), where Д, – phase coefficient of empty waveguide with length /. In case of dielectric with losses coefficient will be another (see eqn. (2)). Equation (3) with phase angles (4) is for reciprocal two-port (common case).

In both cases (dielectric permeability complex or not), if load is matched, dependence Kcm{f) (here Kcm is VSWR) has periodic character. But, if load is short circuit lock, for dielectric without losses R = 1 at any frequency, regardless of l0

mean. In case of dielectric with losses this dependence stays periodical rising up on VSWR axes on mean, proportional to second addition in eqn. (2). One must use VSWR meter for this checking in both cases.

Obtained theoretical results are completely confirmed by experimental checking. It was checked for completely and partially filled waveguides (relatively waveguide cross-section) at frequency range 25…40 GHz for permeability at 1.3… 10 range.

This method has some advantages. Firstly, you need not use dielectric segment with different lengths (some methods propose to do it). Secondary, it is possible to show, that optimal frequencies for measurement of dielectric permeability (complex or not) are frequencies of VSWR minimum and maximum. That is why usage of empty waveguide segment with variable length between dielectric waveguide segment and load will be able to change these frequencies at all frequency range of waveguide (mathematical modeling and experimental checking).

Algorithm of dielectric permeability measurement is based on usage of correlation between^, (pT and q> at these frequencies.

III.  Conclusion

The method of dielectric permeability type determination (complex or not) is proposed. It has some advantages: simplicity, usage of standard VSWR meter, and little quantity of investigation dielectric. Usage of frequency maximum and minimum of VSWR response for dielectric permeability measurement gives possibility to decrease measurement relative error for several percents.

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