Кириченко А. Я., Луценко В. І., Філіппов Ю. Ф., Прокопенко Ю. В., Кривенко О. В. Інститут радіофізики та електроніки ім. А. Я. Усикова НАН України вул. Ак. Проскури, 12, Харків – 61085, Україна Тел.: (0572) 448593, e-mail: lutsenko@ire.kharkov.ua

Анотація – Досліджено температурні залежності характеристик капілярно-волноводного резонансу для сильно поглинаючих середовищ. Розглянуто можливість використання методу для вимірювання їх частотних залежностей. Досліджено вплив температури на частоту, добротність і поглинання енергії електромагнітного поля при резонансі.

I. Вступ

В хвилеводних методах комплексна діелектрична проникність визначається з вимірів коефіцієнтів відбиття і проходження основної волноводной моди в волноводной секції з діелектричним зразком. При цьому вимірюваний зразок може заповнювати весь поперечний переріз секції або частково, наприклад, у вигляді діелектричного стержня. При використанні діелектричного зразка у вигляді стрижня широкодіапазонний хвилеводний метод можна перетворити на резонансний метод вимірювання діелектричних параметрів рідин, що володіють великими втратами [1]. В

[1,2] запропоновано конструкції резонансних вимірювальних осередків та описані структури вимірювальних установок, що працюють в діапазонах частот

27.5 … 37.5 ГГц і 37 … 53 ГГц, а також викладені результати вивчення резонансного поглинання міліметрових радіохвиль водними розчинами. Нами показана можливість існування капіллярноволноводного резонансу (КВР) на більш високих частотах (54 … 78 ГГц), вивчені його характеристики, встановлено вплив на них концентрації розчину і пояснений резонансний механізм поглинання. В даній роботі розглянуто вплив температури на параметри резонансу.

II. Основна частина

При вимірах використовувалася осередок на основі прямокутного хвилеводу перерізом 3.6×1.8 мм2 і діелектричним капіляром з фторопласту зовнішнім діаметром 1.5 мм і внутрішнім 1.1 мм, що проходить через широкі стінки хвилеводу. Капіляр заповнювався дистильованою водою. Зміна температури води здійснювалося за допомогою нагрівальних елементів, через які були пропущені зовнішні частини капіляра, що знаходяться за межами прямокутного хвилеводу. Зміна потужності, що підводиться до нагрівальних елементам, від 0 до 2 Вт дозволяло здійснити нагрів досліджуваної рідини в капілярі на 10 ° щодо кімнатної температури. Для дослідження змін загасання сигналу і його резонансної частоти в Залежно від концентрації розчину використовувався вимірювальний комплекс на основі панорамного вимірювача КСВ типу Р2-69 (робочий діапазон частот якого 54 … 78 ГГц), що володіє достатньо високою роздільною здатністю по частоті і великим динамічним діапазоном вимірюваних поглинань.

Встановлено, що збільшення температури рідини в капілярі за рахунок зростання потужності, що підводиться до нагрівача, від 0 до 2.08 Вт призводить до зниження частоти резонансного поглинання, збільшення добротності резонансу і глибини резонансного поглинання (рис. 1). Видно, що найбільша глибина провалу А і добротність Про резонансної

кривої поглинання спостерігається при великих потужностях, підводяться до капіляру (тобто великих температурах нагріву рідини). Для води резонансне поглинання спостерігалося в діапазоні частот від 63 ГГц до 65 ГГц з добротністю 25Н-45. Глибина провалу резонансної кривої поглинання для дистильованої води змінювалася при цьому від 35 до 41 дБ.

Рис. 2. Залежність зміни частоти КВР від потужності, що підводиться.

Fig. 2. Relation of the CWR frequency change vs input power

Встановлено, що зміна температури рідини в капілярі не призводить до зміни крутизни зміни резонансної кривої поглинання і вона відповідає крутизні одиночного коливального контуру.

III. Висновок

Вивчено вплив температури на параметри ка-піллярно-волноводного резонансу (частоту, добротність, глибину поглинання). Воно пов’язане зі зміною дійсної та уявної частин діелектричної проникності рідини, якою заповнений капіляр. Дана властивість необхідно враховувати при використанні методу капілярно-волноводного резонансу для оцінки і контролю концентрацій розчинів.

Робота виконана при частковій підтримці НТЦУ за проектом № 2051.

IV. Список літератури

[1] Беляков Е. В. високодобротних резонанс в хвилеводі з сільнопоглощающім діелектриком / / Електронна техніка, сер. 1, Електроніка СВЧ, 1986, вип. 9 (393), С. 3-5.

partially supported by STCU under project No.2051

[2] Беляков Е. В. Резонансний КВЧ-діелькометр для поглинаючих рідин / / Електронна техніка, Електроніка СВЧ, вип. 7 (401), 1987, С. 51-53.

TEMPERATURE-DIELECTRIC SPECTROSCOPY OF SOLUTIONS USING THE METHOD OF CAPILLARY- WAVEGUIDE RESONANCE

Kirichenko A. Ya., Lutsenko V. I., Filippov Yu. F., Prokopenko Yu. V., Krivenko H. V.

Usikov Institute of Radiophysics and Electronics National Academy of Sciences of Ukraine

12, Akademika Proskury, Kharkov – 61085, Ukraine Tel.: (0572) 448593, e-mail: lutsenko@ire.kharkov.ua

Abstract – Temperature dependence of the characteristics of a capillary-waveguide resonance are studied for greatly absorbing mediums. A possibility of using of suggested method for measurement their frequency dependence is surveyed. Temperature influence on frequency, and Q-factor and electromagnetic field energy absorption is researched at the resonance.

I.  Introduction

In waveguide methods the complex permittivity is determined from measurements of reflection and passing coefficients for basic waveguide mode in a waveguide section with a dielectric model. In [1,2] the design of resonant measuring cells are proposed, and the structures of measuring installations working in frequency bands of 27.5…37.5 GHz and 37…53 GHz are described, and obtained results of the resonance absorption of millimeter waves by water solutions are given too. We show the possibility of existence of capillary-waveguide resonance (CWR) on higher frequencies (54…78 GHz). In this paper, the temperature influence on parameters of resonance is surveyed.

II.  Main part

The cell based on the rectangular waveguide by section 3.6×1.8 mm2 and dielectric capillary tube passing broad walls of the waveguide was used at measurements. The capillary tube was made of Teflon. Its external diameter was equal to 1.5 mm and internal diameter was 1.1 mm. The capillary tube was filled by distilled water. The change of water temperature was implemented by the heating elements. The external parts of the capillary tube passed through heating elements placed outside the rectangular waveguide. The power brought to heating elements changed from 0 up to 2 W allowed executing heating of the researched liquid in capillary tube for 10°. For research of changes of signal fading and its resonance frequency depending on concentration of solution the measuring complex based on panoramic meter of SWR such as R2-69 (54…78 GHz) was used.

It is established that the increase of temperature of the liquid in capillary tube results in decrease of resonance absorption frequency and increase of resonance Q-factor and depth of resonance absorption (Fig. 1).

In Fig. 2 the relative change of the real part of water permittivity (frequency of the resonance absorption) from its temperature (input power) determined for increment of resonance frequency is shown. The result of approximating of experimental data by linear regression dependence is shown by line there.

III.  Conclusion

The temperature influence on parameters of the capillary- waveguide resonance (frequency, Q-factor, depth of absorption) was studied. It is bound up with change of real and imaginary parts of permittivity of the liquid that fills the capillary tube. The given property is necessary for taking into account at usage of the capillary-waveguide resonance method for the estimation and control of solution concentrations. This work was

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