Чухов В В Житомирський державний технологічний університет вул Черняховського, 103, м Житомир, 10005, Україна тел: (0412) 22-14-10, e-mail: mps_cvv@ukrnet

Анотація – Запропоновано метод вимірювання дисперсійних характеристик хвилеводів з діелектричним заповненням (повним або частковим), а також ефективної діелектричної проникності (ЕДП) В основу методу покладено вимір максимальних значень частотної залежності КСВ для хвилеводу з діелектричним заповненням що має для діелектриків без втрат пе

періодичного характер Наведено розрахункові формули, експериментальні результати

I                                       Введення

При заповненні хвилеводу діелектриком першочерговим завданням є визначення його дисперсионной характеристики [1,2] Для частково заповненого хвилеводу (Найчастіші запитання) це трансцендентне рівняння щодо коефіцієнта уповільнення m = AlA (λ – довжина хвилі у вакуумі Л – довжина хвилі в хвилеводі) [1,2] В існуючих методах вимірюють або 5 -параметри такого хвилеводу [3], або довжину хвилі [4] Недоліком першого методу є необхідність вирішення трансцендентного дисперсійного рівняння і використання дорогого векторного аналізатора ланцюгів, а для другого методу

– використання вимірювальної лінії, що обмежує кількість досліджуваних видів Найчастіші запитання Пропонований метод вільний від вказаних недоліків, ХОЧА і має меншу точність

II                               Основна частина

Для хвилеводів, заповнених діелектриком без втрат, частотні залежності модулів коефіцієнтів відбиття і передачі мають періодичний характер [5,6] Мінімуми цих залежностей є резонансними частотами, а максимуми – анти-резонансними частотами На антирезонансних частотах виконується умова:

де β – коефіцієнт фази I – довжина хвилеводу з діелектричним заповненням «= 0,1,2, …

Підстановка (1) у вирази для КСВ і ослаблення хвилеводу з діелектриком дає такий результат

КСВ:

Рішення (3) щодо має вигляд:

Рішення (2) щодо ε має вигляд:

Ослаблення:

де– Коефіцієнт уповільнення

полого хвилеводу– Коефі

ціент уповільнення хвилеводу з діелектриком– Ефективна діелектрична проникність

З (4) випливає, що на антирезонансного частоті Т е вимір на антирезонансного частоті при використанні (4) дозволяє виміряти Найчастіші запитання або, при повному заповненні хвилеводу, діелектричну проникність заповнює його матеріалу, оскільки в цьому випадку

З (2) також випливає, що на антирезонансного частоті між коефіцієнтами уповільнення і ШД існує простий звязок:

Очевидно, ЩО за допомогою (5) можна знайти коефіцієнт уповільнення хвилеводу з діелектричним заповненням, вимірявши тільки значення антирезонансного частоти і на цій частоті, тобто це вимірювання його дисперсионной характеристики

Точність таких вимірювань буде визначатися ТОЧНІСТЮ вимірювання Крім того, якщо для

даного зразка значення виходять за межі вимірювань, то такі виміри втрачають сенс У такому випадку умова (4) можна використовувати тільки для наближеної оцінки

Вирази, подібні (4), (5) можна отримати і з (3) Рішення (3) щодо ε має вигляд:

Недолік такого підходу такий же, що і в попередньому випадку – невелика точність

Експериментальна перевірка запропонованого методу в восьмиміліметрову діапазоні довжин хвиль для зразків з фторопласту з довжинами 20-40 мм показала, що значення відносної похибки вимірювання лежала в межах 0,5 .. 12% при калібруванні панорамного вимірювача КСХН на робочий діапазон частот Розрахунки ε ^ для цих же зразків за допомогою (6) показали, що відносна похибка вимірювання ε ^ була в межах 0,4 .. 20% тому при вимірюванні (або) за допомогою (6)

((7) відповідно) з метою зменшення похибки доцільно використовувати метод заміщення Щодо використання (4) (або (5)), то тут для зменшення похибки вимірювання можна використовувати вимір при калібруванні пано

рамного вимірювача на фіксовану частоту

Значення відносної похибки вимірювання m ^ для розглянутих зразків лежить в межах 0,3 .. 8,2% Т е похибка вимірювання коефіцієнта уповільнення в півтора рази менше, ніж похибка вимірювання проникності при одній і тій же вимірюваній величині – значенні на антирезонансного частоті, що є перевагою запропонованого методу

III                                   Висновок

Запропоновано новий метод вимірювання дисперсійних характеристик хвилеводів з діелектричним заповненням (повним або частковим), а також ефективної діелектричної проникності З цією метою вимірюються максимальні значення частотної залежності КСВ для хвилеводу з діелектричним заповненням, одержуваної за допомогою панорамного вимірювача КСХН Отримані розрахункові вирази прості і наочні

Експериментальна перевірка методу в восьмиміліметрову діапазоні довжин хвиль показав, що точність вимірювання дисперсійних характеристик в півтора рази вище, ніж точність вимірювання ефективної діелектричної проникності при одній і тій же вимірюваній величині – значенні на частоті максимуму залежності і

склала 0,3 .. 8,2% для зразків з фторопласту

IV                            Список літератури

[1] Єгоров Ю В Частково заповнені прямокутні хвилеводи – М: Сов радіо, 1967 – 216 с

[2] Бергер М Н, Капілевіч Б Ю Прямокутні хвилеводи з діелектриками – М: Сов радіо, 1973 – 256 с

[3] Kim В, Jeong М, Baik S, Kazmirenko V, Prokopenko У, Pereverzeva L Poplavko Y Microwave investigation of ferroelectric bulk and film materials / / Proceedings of 11-th International Conference „Microwave &amp Telecommunication Technology» (CriMiCo’2001) – Sevastopol: Weber Co – 2001 – P 600-603

[4] CUMUH HC Вимірювання діелектричної проникності за допомогою вимірювальної лінії, частково заповненою діелектриком / / Радіотехніка – 1978 – Т 33, № 1 – С

91-92

[5] V V Chukhov One method of propagation constants measurement // Proceedings of the 4-th International Kharkov Symposium on Physics and Engineering of Microwaves, Millimeter, and Submillimeter Waves (MSMW01) – Kharkov, Ukraine – 2001-V2, p 820-822

[6] Чухов В В Анал1з чутлівост1 хвілеводно ком1ркі у ві-падку д1електріка без ВТРАТИ / / В1снік ЖДТУ Техн1чн1 науки – 2004 – № 4 (31) – С 75-84

MEASUREMENT OF DISPERSIVE RESPONSES OF WAVEGUIDES WITH DIELECTRIC FILLING

V                                       V Chukhov Zhytomyr State Technological University

103, Cherniakovsky Str, Zhytomyr, 10005, Ukraine

Ph: 38(0412) 22-14-10, e-mail: mps_cvv@ukrnet

Abstract – Method of measurement of dispersive responses of waveguides with dielectric filling (full or partial) and effective dielectric permeability (EDP) is proposed Method bases on measurement of maximum values of VSWR frequency dependence for waveguide with dielectric filling                                                                        that has periodical

character for dielectric without loss Formulas for calculation and experimental results are given

I                                        Introduction

Determination of dispersive responses for waveguides with dielectric filling is the main problem for these waveguides [1, 2] For partly filled waveguide (PFW) it is transcendent equation relatively coefficient of delaying m = XjA (Л – freespace

wavelength Λ – waveguide wavelength) [1,2] But some method needs vector network analyzer and solve of transcendent equation [3], other method can use several modification of PFW only [4] Proposed method has not these lacks, but it has less accuracy

II                                       Main Part

Frequency dependence of modules of reflection and transmission coefficients for waveguide with dielectric (without loss or low loss) has periodical character [5,6] Minimums of these dependences are resonant frequencies, maximums are antiresonant frequencies At antiresonant frequencies we have next condition:

(1)

where β – phase coefficient I – length of waveguide with dielectric filling n =0,1,2,…

According to (1) VSWR and loss at antiresonant frequency can be determined accuracy (see (2), (3))

Solving eqn (2) relatively EDP , we shall obtain eqn

(4)    From eqn (2) we shall obtain also eqn (5) This equation relates delaying coefficient and VSWR mean at antiresonant frequency (here – delaying coefficient for empty

waveguide) Eqn (5) can be used for measurement dispersive responses of waveguide with dielectric filling

In case of loss coefficient we can obtain equations similar with to (4) and (5) – see eqn (6) and (7)

Experimental checking of proposed method at millimeter wave range is made Relative error for material with dielectric permeability about two on base eqn (4) did not exceed 05..12% Relative error did not exceed 04..20% for these same specimens in case of eqn (6) usage Relative error of dispersive response measurement did not exceed 03..82% for these same specimens Note, that error of dispersive response measurement is less at one and half time than error of permeability measurement for common measuring mean – VSWR at antiresonant frequency It is advantage of this method

III                                      Conclusion

New method of dispersive responses of waveguides with dielectric filling and effective dielectric permeability measurement is proposed Relative error of dispersive response measurement for material with dielectric permeability about two at millimeter wave range did not exceed 03..82 %

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