Березовський В. К., Дробот С. В., Хандогін М. С.

Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки вул. П. Бровки, 6, Мінськ – 220013, Білорусь Тел.: + (375) 17 2313978; e-mail: hanms@bsuir.unibel.by Русакович В. Н.

ВАТ “Мінський приладобудівний завод” пр. Скорини, 58, Мінськ – 220600, Білорусь Тел.: + (375) 17 2399939; e-mail: rusakovich@belvar.com

Анотація – Розглянуто хвилеводний метод вимірювання комплексної діелектричної проникності матеріалів. Використання при вирішенні оберненої задачі електродинамічної моделі датчика, що представляє собою діелектричну трубку в прямокутному хвилеводі, дозволяє зменшити погрішність результатів вимірювання.

I. Вступ

Виміри електрофізичних параметрів матеріалів і в першу чергу комплексної діелектричної проникності має не тільки теоретичне, а й практичне значення. В даний час набули поширення хвилеводні методи, в яких завдання діагностики зводиться до ідентифікації результатів вимірювання параметрів розсіювання хвиль в електродинамічної структурі, яка містить досліджуваний зразок матеріалу, з результатами математичного моделювання хвильових процесів у цій структурі. Використовувані при цьому спрощені моделі датчиків не можуть забезпечити необхідну точність одержуваних результатів.

II. Основна частина

У доповіді представлений метод, який використовує тестову структуру у вигляді діелектричної трубки, розміщеної в Е-площині відрізка прямокутного хвилеводу. Тестований матеріал (рідкий або твердий діелектрик) поміщається усередині трубки. При використанні даного методу вирішується зворотна задача визначення кількісних параметрів (дійсної та уявної частини діелектричної проникності тестованого матеріалу) за результатами вимірювання їх непрямих проявів – комплексних значень коефіцієнтів відбиття S11M та проходження S2im датчика, що містить досліджуваний матеріал. Причому зворотне завдання формулюється у вигляді задачі пошуку мінімуму цільової функції:

б

Рис. 1. Поверхня (а) і лінії рівня цільової функції (1) для тестової структури датчика з дистильованою водою.

Fig. 1. The surface (a) and the level lines of the criterion function (1) for the test structure of the sensor with distilled water

[1] Березовський В. К., Мошинський А. В. Дифракція хвилі Н10 на двошаровому діелектричному циліндрі “індуктивного” типу в прямокутному хвилеводі / / Електромагнітні хвилі та електронні системи. – 1999, т. 4, № 3, С. 50-55.

[2] Березовський В. К., Русакович В. Н. Розрахунок спеціальних функцій від комплексного аргументу в задачах математичної фізики / / 7-я Білоруська математична конференція: Тези доповідей – Мінськ, 1996, С.165-166.

WAVEGUIDE MEASUREMENT TECHNIQUE FOR THE COMPLEX PERMITTIVITY OF MATERIALS

Berezovsky V. K., Drobot S. V., Khandogin M. S.

Belarusian State University Informatics and Radioelectronics

6,                P. Brovki St., Minsk – 220013, Belarus Tel.: + (375) 17 2313978 e-mail: hanms@bsuir. unibel. by Rusakovich V. N.

JSC Minsk instrument-making plant 58, Skoriny Ave., Minsk – 220600, Belarus Tel.: + (375) 17 2399939 e-mail: rusakovich@belvar.com

Abstract – The waveguide technique of measurement of the complex permittivity of materials is considered. The exact electrodynamical model of the sensor similar to a dielectric tube in a rectangular waveguide is used for a solution of an inverse electrodynamical task that allows reducing an error of measurement outcomes.

I.  Introduction

Nowadays waveguide techniques are used with aim of diagnostics reduced to identification of measurement outcomes of scattering parameters of waves in the electrodynamical structure containing the researched sample of a material with outcomes of mathematical modeling wave processes in this structure. The simplified models of the sensors used here can not provide necessary accuracy of obtained outcomes.

II.  Main part

The technique using test structure as a dielectric tube, placed in E-plane of a section of a rectangular waveguide is presented. The tested material (liquid or solid-state dielectric) is located inside the tube. At use of the method the inverse task of definition of quantitative parameters (real and imaginary part of the tested material permittivity) by results of the measurements of their indirect displays – a complex value of the reflection coefficient S11M and the forward transmission S2im of the sensor

containing the researched material is solved. And the inverse task is formulated as the task of the minimum of criterion function search. Complex coefficients of a wave scattering matrix of the sensor are calculated with use of the expressions obtained on the basis of an exact solution of a boundary electrodynamical task of electromagnetic wave diffraction for the sensor [1].

III.  Conclusion

The software was designed for realization of the technique and numerical experiments for definition efficiency and accuracy of operation of computational algorithms on test geometry of the sensor intended for measuring of the complex permittivity of water in 3-cm band of wavelengths which have shown a stability of operation of the computing procedures and a possibility of definition of the complex permittivity with a required error.

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