Лавринович О А, Губін А І, Кириченко А Я, Черпак Н Т Інститут радіофізики та електроніки ім А Я Усикова НАН України вул Ак Проскури, 12, м Харків, 61085, Україна тел: (057) 7203363, e-mail: lavr@irekharkovua

Анотація – Наводяться результати експериментального дослідження спектральних та енергетичних характеристик дискового квазіоптичного діелектричного резонатора з провідними торцевими стінками і неоднорідністю у вигляді капіляра з рідиною, розташованого в області каустики поля Характер поведінки зміни власних частот такого резонатора з різними рідинами різний при зміні діаметра капіляра

I                                       Введення

останнім часом квазіоптичні діелектричні резонатори (КДР) все більш широко використовуються в мікрохвильовій фізиці й техніці [1] Особливістю КДР є їх висока добротність і можливість дослідження властивостей різних речовин [2] У багатьох випадках, при дослідженні рідин (наприклад, біологічних і т д) виникає необхідність використання їх в обмежених кількостях (малих обсягах) Це викликано тим, що більшість таких рідин (розчинів) мають у своєму складі таку сильно поглинає компоненту, як вода Тому найменші зміни концентрації води в розчині сильно впливає на величину поглинання розчину Зіставляючи величини поглинання споріднених йому сполук можна зясувати ряд важливих питань фізики таких речовин У роботах [3-4] були досліджені Неекранований-них дискових ЬЗДР з капіляром з метою їх застосування для дослідження рідин в широкому діапазоні втрат в малих обсягах Однак такі резонатори не піддаються строгому теоретичному аналізу Використання торцевих проводять стінок (ТПС) в КДР [5] знімає зазначене обмеження

Метою роботи є експериментальне вивчення впливу циліндричної неоднорідності у вигляді капіляра з рідиною на власну частоту і добротність дискового КДР з провідними торцевими стінками ТПС, зясування можливостей використання їх для визначення комплексної діелектричної проникності ε * рідин з великим tg δ

II                              Основна частина

в дослідженнях використовувався дисковий КДР, який був виготовлений з матеріалу фторопласт-4, геометричні розміри якого були обрані тими ж, що і резонатора в роботах [4-5]: радіус діелектричного диска R = 39 мм, висота – h = 7,2 мм ТПС представляли собою металеві диски, виготовлені з латуні, радіус яких перевищував R і становив г = 50 мм Для порушення біжучої хвилі в резонаторі використовувався дзеркальний діелектричний хвилевід, звязок якого з резонатором вибиралася мінімальною При цьому використовувалася схема на проходження Паралельно осі резонатора в області каустики поля було виконано отвір діаметр (D) якого був більше внутрішнього діаметра капіляра (d), виготовленого з фторопласту в якому розміщувалося досліджувана речовина (див вставку на рис1)

Дослідження проводилися в діапазоні частот 36 – 40 ГГц при збудженні в резонаторі хвилі HEnms-типу При цьому реєструвалися зміни частотного зсуву Af = fiiq-f air (GHz) в резонаторі для капіляра, а також втрати на прохід AA = Aiiq-Aair (-dB) і визначалося відносна зміна добротності Qiiq / Qair резонансу Досліджуваними обєктами в капілярі були повітря (порожня ампула), етиловий спирт, дистильована вода і ацетон

Рис 1 Залежність зміщення частоти Af = fuq-fair від внутрішнього діаметра капіляра для 1ЧЕ-хвилі

Fig 1 Dependence of frequency shift Af = fuq-f air upon inside diameter of capillary for HE mode wave

З рис1 видно, що із зміною діаметра капіляра d від О до 21 мм при заповненні його різними рідинами, частотний зсув Af збільшується до значення d = dmax, коли глибина проникнення поля в речовину максимальна, і більшою мірою визначається втратами в досліджуваній речовині Причому характер поведінки цих залежностей різний і відрізняється від тих, які були отримані в КДР без проводять торцевих стінок [3] Це викликано, очевидно, зміною структури поля, локалізованого між двома ТПС резонатора і її впливом на неоднорідне включення у вигляді капіляра, заповненого рідинами з великими втратами У даному випадку спостерігається напрямок зміни значення частотного зсуву для капіляра з водою і ацетоном, що мають великі втрати в порівнянні з етиловим спиртом Причому для води має місце зміна знака Af при збільшенні діаметра капіляра d Очевидним є той факт, що в даному випадку область негативних значень Af для води значно менше, ніж у КДР без ТПС [3]

Характер поведінки відносної зміни добротності Qiiq / Qair ВІД діаметра капіляра d, заповненого рідиною (рис2), корелює з характером поведінки Af Тут слід зазначити характерні значення d для кожної з рідин, вище

Рис 2 Залежність зміни добротності резонатора від внутрішнього діаметра капіляра для НЕ-хвилі

яких добротність мало змінюється, що може бути викликано розмірним ефектом, обумовленим глибиною проникнення поля в рідину [6]

Fig 2 Dependence of resonator quatity-factor changes upon inside diameter of capillary for HE mode wave

III                                  Висновок

Таким чином, проведені експериментальні дослідження вказують на те, що при малих значеннях діаметра капіляра, заповненого рідиною з великими втратами, спостерігається зниження частоти і добротності, власних коливань КДР з торцевими стінками Збільшення d приводить до ефекту перерозподілу поля, викликаного глибиною його проникнення в капіляр, заповнений досліджуваної рідиною, і його впливу на власні частоти резонатора Результати, отримані в роботі, можуть бути корисні при теоретичному аналізі даної структури КДР з метою створення вимірювальної комірки для досліджень діелектричних властивостей рідин малого обєму і великим значенням tg6 в міліметровому діапазоні довжин хвиль

Робота виконана за часткової фінансової підтримки Науково-технологічного центру України (проект 2051)

IV                           Список літератури

[1] Ільченко М Є, Взятишев В Ф, Гассанов Л Г та ін Діелектричні резонатори / Под ред М Є Ільченко · М, Радіо і звязок, 1989

[2] CherpakN Т, Barannik А А, Prokopenko Yu V et al Microwave Characterization technique for condenced matter from first principles if Proc of International Workshop on Microwaves, Radar and Remote Sensing (Kiev, Ukraine, 19- 21 Sept, 2005), pp 322-329

[3]  Lavrinovich A A, Kirichenko A Ya, Flllpov Yu F et al Spectral properties studies of disc quasi-optical dielectric resonator with a liquid-filled capillary// Proc of 14-th International Crimean Conference «Microwave &amp Telecommunication Technology» (CriMiCoO4, 11-15 Sept 2004, Sevastopol, Crimea, Ukraine), pp709-710

[4]  Lavrinovich A A, Gubin A I, Kirichenko A Ya, CherpakN T Electrodynamic properties of disc quasi-optical dielectric resonator at small volume of binary water mixture if Proc of 15-th International Crimean Conference «Microwave

&amp        Telecommunication Technology» (CriMiCo’05, 12-16 Sept 2005, Sevastopol, Crimea, Ukraine), vol2, pp562-563

[5] Баранник A A, Прокопенко Ю В, Філіппов Ю Φ та ін Вплив обмеженості торцевих екранів на частотний спектр коливань в циліндричних квазіоптіче-ських діелектричних резонаторах / / Листи в ЖТФ – 2003 – ^, ВИП13-С31-35

2005 Кириченко А Я, Лавринович О А, Черпак І Т Електродинамічні особливості квазіоптичних діелектричних резонаторів з капіляром, заповненим рідиною з великими втратами / / Доповіді НАН Україна – № 8 – С72-76

SPECTRAL AND ENERGY PROPERTIES OF DISC QUASI-OPTICAL DIELECTRIC RESONATOR WITH CONDUCTING ENDPLATES AND CILINDRICAL HETEROGENEITY

Lavrinovich A A, Gubin A I,

Kirichenko A Ya, Cherpak N T

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

12,      Acad Proskura Str, Kharkiv, 61085, Ukraine Ph: (057) 7203363, e-mail: lavr@irekharkovua

Abstract – Experimental study results of spectral and energy properties of a disc quasi-optical dielectric resonator with conducting endplates and inhomogeneity in the form of capillary filled with liquid placed in an area of caustic of field are presented

I                                         Introduction

Earlier (see works [3 – 4]), the unscreened disc quasi-optical dielectric resonators (QDR) with a capillary were studied for the purpose of use for characterization of liquids in small in a broad interval of microwave losses However, such resonators do not defy rigorous theoretical solving so far Use of conducting endplates (CEP) in QDR lifts above mentioned restrictictions [5]

II                                        Main Part

In studies the disc QDR made of Teflon in radius and height R= 39 mm and h = 72 mm accordingly was used A radius r of CEP was equal to 50 mm The studies were carried out in frequency band of 36 – 40 GHz when exciting HEnms modes in the resonator At the same time, variations of frequency shift Af = fiiq-f air (GHz) was registered (Fig 1) and relative variation of quality-factor Qiiq/Qair was determined for the resonator with a capillary (Fig 2) The studied objects in a capillary were air (empty capillary), ethyl alcohol, distilled water and acetone

III                                       Conclusion

The results, obtained in a given work, can be useful for theoretical analysis ofthe resonator with CEP and capillary for the purpose of creating measurement cell intended for microwave permittivity characterization of lost small value liquids

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

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р