Головащенко Р. В., Деркач В. Н., Корж В. Г., Недух С. В., Плевако А. С., Тарапов С. І. Інститут радіофізики та електроніки НАН України вул. Ак. Проскури, 12, Харків 61085 Тел.: 38 (0572) 44-84-63, факс: 38 (0572) 44-11-05; e-mail: tarapov@ire.kharkov.ua

Fig. 1. Flow-chart ofthe refrigerator for the superlow EHF losses measurement Гелій-3, проходячи по капіляру 11, навиті зовні откачной труби 12 рефрижератора потрапляє в теплообмінник 8, “одноградусной” ванни. Далі, через регульований дросель 5, 3Чи не впорскується в робочу камеру 7 (Т = 0.6 К). Пари 3Не, відкачані через трасу 12, знову потрапляють в капіляр 11, і цикл повторюється.

Температура робочої камери і контрольних точок рефрижератора вимірюється за допомогою окремого вимірювального блоку з точністю не гірше + 0.5% (Т = 0.8 300 К). Індикація показань термодатчиків і контрольних параметрів схеми здійснюється в діалоговому вікні на моніторі ПК. Реєструється параметром є опір датчиків, виміряний за допомогою чотирьохконтактного методу на змінному струмі 1 = 10 мкА ± 5 нА. Настільки малі значення струму виключають перегрів робочої камери кріокомплекса.

Електродинамічний модуль, що входить до складу кріокомплекса, призначений для підведення СВЧ енергії до діелектричні резонатори, розташованому в низькотемпературної зоні кріокомплекса, і забезпечення ефективного збудження резонатора в діапазоні частот 75-150 ГГц.

Низькотемпературна частина складається з порожнистої полірованої циліндричної штанги [2], яка вводиться через ковзне ущільнення в робочу камеру 7. Усередині штанги розташовані металеві хвилеводи (поз. 4 на рис.1) і тяги, що забезпечують переміщення як резонатора так і хвилеводів. ДДР (діаметром 25 мм) 6, виготовлений з досліджуваного матеріалу у вигляді суцільного диска або диска з отвором в центрі, закріплюється в нижній частині модуля на металевій осі.

Як елементи збудження використовуються одномодові прямокутні діелектричні хвилеводи (ДВ) З ізотропності кварцу і лейкосапфіра. Хвилеводи розташовані в площині резонатора з діаметрально протилежних сторін під деяким кутом, що дозволяє регулювати зв’язок резонатора з хвилеводами шляхом їх взаємного переміщення. Значення добротності для Q> 104 вимірюється по декремент загасання резонансного коливання.

Ріс.З. Розподілу електричної компоненти поля на поверхні ДР

Fig.3. Distribution of electrical component of electromagnetic field on the resonator surface

Резонансні характеристики ДДР попередньо досліджуються при кімнатній температурі за допомогою автоматизованого вимірювального стенда

[4]. На основі аналізу спектра власних коливань і просторового розподілу резонансних полів проводиться ідентифікація типів коливань. В якості робочих вибираються високодобротні коливання типу шепоче галереї з одного варіацією поля вздовж радіуса (ріс.З.). Темні плями відповідають максимумів електричної компоненти резонансного поля.

III. Висновок

Таким чином, у даній роботі розглянуті конструктивні особливості і робочі характеристики низькотемпературного комплексу для вимірювання надмалих діелектричних втрат в твердих матеріалах в міліметровому діапазоні довжин електромагнітних хвиль.

Робота виконана за підтримки фонду INTAS (грант № 01-2173).

IV. Список літератури

[1] Garin В. М.. Parshin V. V.. etal., 1999, v. 25, No 4, p. 288.

[2]   TarapovS., Basic of High-Frequency Electron Spin Resonance Experiment at Very Low Temperatures. Publ. Center of GIT. Gebze, Turkey, 2000, 93 p. ISBN 975-8316-07-9.

[3]  GolikA. V.. TarapovS. /., Cryogenics, 1992, v. 32, No 3, p. 330.

[4]  Derkach V. N.. Golovashchenko R. V., Plevako A. S. Investigation of Field Distribution in Open Resonators using Three-coordinate Scanner. — In Book: 12th International Crimea Conference "Microwave & Telecommunication Technology" (CriMiCo’2002). Conf. Proc. [Sevastopol, September 9-13, 2002]. Sevastopol: Weber, 2002, pp. 548-549. ISBN 966-7968-12-X, IEEE Cat. Number 02EX570.

CRYOGENIC COMPLEX FOR MEASUREMENT OF SUPERLOW LOSSES OF DIELECTRICS IN MILLIMETER WAVEBAND

Golovashchenko R. V., Derkach V. N., Korzh V. G., Nedukh S. V., Plevako A. S., Tarapov S. I.

Usikov Institute of Radiophysics and Electronics

NAS of Ukraine 12 Ac. Proskura St., Kharkov 61085, Ukraine phone: 38 (0572) 44-84-63, fax: 38 (0572) 44-11-05 e-mail: tarapov@ire.kharkov. ua

Abstract The design and operating principles of experimental set-up for measuring superslow dielectric losses (tg5~10′a) at temperatures 4.2-0.6K are presented. The set-up consists of "top-loading" refrigerator of evaporation of 3He with the permanent circulation and electrodynamic module. The module contains the sample under study, in the shape of dielectric resonator. The losses are detected after analysis of the time of resonator response to the high-frequency pulse.

I.  Introduction

The problem of study of superlow dielectric losses in radio transparent materials in extra high frequency (EHF) band originates from the problems of thermonuclear physics and highpower vacuum electronics. In this paper we considered the features of cryogenic device intended for measurement of EHFlosses in such materials as sapphire, Au-doped diamond, silicon (etc.) [1] in a millimeter wavelengths band (75-150 GHz) at temperatures 4.2K-0.6 K.

II.  Experimental

The parameter under study is the attenuation of the electromagnetic pulse in the resonator, filled with explored material. The specimen understudy performed as optically polished disk dielectric resonator (DDR) is located in the electrodynamical module, which is inserted into the cryogenic module.

The cryogenic module (refrigerator of evaporation of 3He

[2]     ), is made as the "top-loading refrigerator "[3]. It allows changing the sample under study during the low-temperature experiment without increasing of the working chamber temperature. Diameter of the working chamber is 30 mm.

The temperature of the working chamber and breakpoints of the refrigerator are controlled by special thermometric unit with digital output. The measurements accuracy does not exceed

0.   5 % in the range T=0.8-300K.

Electrodynamic module provides the effective excitation of the resonator in the frequency band 75-150 GHz. DDR (diameter of about 25 mm) is fixed on the inferior part of the module. Elements for EHF-excitation are the single-mode dielectric waveguides (DW) made of quartz or sapphire [4]. For the quality factor magnitude more that 104 the method for measurement of time of the resonant oscillations attenuation is applied

III.  Conclusion

Presented in the paper are the design features and performance characteristics of the experimental setup created for measurement of superlow dielectric losses in solid materials in mm-waveband of electromagnetic waves at low temperatures.

The work is supported by INTAS fund (grant No.01-2173).

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.