Способ определения диэлектрической проницаемости и устройство для его осуществления
Использование: изобретение может быть использовано для измерения действительной части диэлектрической проницаемости материалов. Сущность изобретения: способ определения диэлектрической проницаемости материала включает облучение испытуемого диэлектрика электромагнитным полем с помощью двухплечего излучателя , изменение разности фаз полей в плечах излучателя, измерение амплитуды прошедшей волны. Изменяют длину плечей и-разность фаз в плечах пропорционально их длине, получают зависимость амплитуды прошедшей волны от длины плеча, по которой определяют величину периода следования нулей амплитуды, а значение диэлектрической проницаемости определяют из соотношения: Ј Ao/Sin2 Q (Л---Д-)2 , где . b Q - угол наблюдения, Я 0 , Я ь - длина волны в свободном пространстве и в излучателе соответственно; Д - период следования нулей амплитуды. В устройстве, реализующем способ , каждый излучатель выполнен в виде диэлектрического волновода и пары расположенных в одной плоскости прямоугольных металлических пластин установленных с зазором по отношению к волноводу, при этом большие кромки пластин параллельны волноводу, одна из пластин жестко закреплена , другая пластина установлена с возможностью перемещения вдоль оси диэлектрического волновода и жестко связана с последним, пара металлических пластин второго излучателя размещена в той же плоскости , что и пластины первого, подвижная пластина первого излучателя контактирует большей кромкой с большей кромкой неподвижной пластины второго излучателя, а неподвижная пластина первого - с неподвижной второго, причем меньшие кромки неподвижных пластин расположены вдоль одной прямой. 2 с.п. ф-лы, 4 ил. ел с со о о CJ со со
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4854651/09 (22) 01.08.90 (46) 07.03.93. Бюл. ¹ 9 (71) Институт проблем машиностроения АН УССР (72) В.Е.Буданов, Н,Л.Евич и Н.Н.Суслов (56) Конев B,А., Михнев В,А, Радиоволновый измеритель параметров листовых диэлектриков. Дефектоскопия, 1989, № 2, с.45 — 49. Авторское свидетельство СССР N 1166012, кл. G 01 N 22/00, 1985. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ (57) Использование: изобретение может быть использовано для измерения действительной части диэлектрической проницаемости материалов, Сущность изобретения: способ определения диэлектрической проницаемости материала включает облучение испытуемого диэлектрика электромагнитным полем с помощью двухплечего излучателя, изменение разности фаз полей в плечах излучателя, измерение амплитуды прошедшей волны. Изменяют длину плечей и разность фаз в плечах пропорционально их длине, получают зависимость амплитуды прошедшей волны от длины плеча, по которой определяют величину периода следоваИзобретение относится к технике измерений в диапазоне миллиметровых и субмиллиметровых волн и может быть использовано для измерений действительной части диэлектрической проницаемости материалов. Цель изобретения — повышение точности измерений в диапазоне миллиметровых и субмиллиметровых волн, „„Я3„„1800333 А1 ния нулей амплитуды, а значение диэлектрической проницаемости определяют из соотношения; е =А2 г Я п П (— )2, где 1 1 Ь Q — угол наблюдения, Я о, Л ь — длина волны в свободном пространстве и в излучателе соответственно; Л вЂ” период следования нулей амплитуды. В устройстве, реализующем способ, каждый излучатель выполнен в виде диэлектрического вол новода и пары расположенных в одной плоскости прямоугольных металлических пластин установленных с зазором по отношению к волноводу, при этом большие кромки пластин параллельны волноводу, одна из пластин жестко закреплена, другая пластина установлена с возможностью перемещения вдоль оси диэлектрического волновода и жестко связана с последним, пара металлических пластин второго излучателя размещена в той же плоскости, что и пластины первого, подвижная пластина первого излучателя контактирует большей кромкой с большей кромкой неподвижной пластины второго излучателя, а неподвижная пластина первого — с неподвижной второго, причем меньшие кромки неподвижных пластин расположены вдоль одной прямой. 2 с.п. ф-лы, 4 ил, Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения диэлектрической проницаемости, заключающемся в облучении испытуемого диэлектрика электромагнитным полем посредством двухплечевого излучателя, изменении разности фаз полей в плечах излучателя и измерении амплитуды прошедшей волны. одновременно изменяют длину плечей и разность фаз в 1800333 / Р (О)/ Л, 1 1 2 20 (Х,г(о —,/, Я;и 0) 10 15 (0< х< d, у=О, (-d <х <О у=0 и. плечах пропорционально их длине, получают зависимость амплитуды прошедшего сигнала от длины плеча, по полученной зависимости определяют величину периода следования нулей амплитуды и величинудиэлектрической проницаемости определяют из соотношения; где Л о — длина волны в вакууме; Л b — длина вОлны в дизлЕктричЕСкОм волноводе; Л вЂ” период следования нулей амплитуды; Π— угол, отсчитываемый от нормали к излучателю до направления на приемник, Поставленная цель достигается также тем, что в известном устройстве, содержащем приемник, измерительный прибор, генератор СВЧ, соединенный с делителем мощности, к выходам которого подключены волноводные излучатели, каждый из последних выполнен в виде диэлектрического волновода и пары расположенных в одной плоскости прямоугольных металлических пластин, установленных с зазором по отношению к диэлектрическому волноводу, при этом большие кромки пластин параллельны волноводу, одна из пластин жестко закреплена, другая установлена с возможностью перемещения вдоль оси диэлектрического волновода и жестко связана с последним, пара металлических пластин второго излучателя размещена в той же плоскости, что и пластина первого излучателя, подвижная пластина первого излучателя контактирует своей большей кромкой с большей кромкой неподвижной пластины второго излучателя, а неподвижная пластина первого — с подвижной второго, причем меньшие кромки неподвижных пластин расположены вдоль одной прямой. Изобретение поясняется фиг.1-4, На фиг,1 схематически изображен двухплечий излучатель, реализующий данный способ. Излучатель состоит из двух плечей: каждое из которых возбуждается токами, зависимость от х которых в плоскости у = О имеет . 2к вид для первого плеча j 1 = ехр (i — x )и ль 2 л для второго j 2 = ехр (i- ;— — (x — 2 d )). В ь контролируемом диэлектрике, занимающем область у О, этот излучатель формирует поле, нормированная диаграмма направленности которого в плоскости г = О имеет 5 вид Sin (л(— Ve Sin 0) - — ) COS (Л (- - - + VF Sin О) — ), где d — длина плеча антенны; Π— угол наблюдения, отсчитываемый от нормали к излучателю до направления на приемник; — длина волны е свободном пространстве; il,b — длина волны в волноводе; е — диэлектрическая проницаемость, Сигнал, наблюдаемый под углом 0, может быть представлен в виде произведения двух функций, одна из которых нормированная диаграмма направленности излучателя, а другая — функция, пропорциональная мощности, излучаемой в диэлектрик. Изменяя d от О до величины в несколько длин волн, получим квазипериодическую функцию по d, положения нулей которой Aп при условии 35 (к — 1)(йя пв((- " +1) 40 где dK — предельный размер плеча излучателя, определяется выражением An =Ло(— + и ) (--(— + Й Sin 0) 1 Ло,, — 1 2 ь 45 где n = О, 1, 2,..., откуда легко получается выражение для е, приводимое в формуле изобретения. Условие, налагаемое на диапазон углов 0, 50 при которых необходимо производить измерения, есть ничто иное, как требование необращения в нуль множителя диаграммы направленности Sin (л(- (- - — VFSin О) -Л вЂ” ) . ь о 1800333 о 1 А2 1 .о 50 55 которое с одной стороны дает возможность иметь максимально простой способ определения я, приведенный в формуле изобретения, а, с другой стороны, упрощает процедуру измерений, поскольку в определяемом диапазоне углов В имеются абсолютные максимумы излучения. Следует отметить, что относительная погрешность определения периода следования нулей амплитуды, а вместе с ней и погрешность нахождения значения диэлектрической проницаемости будут тем меньше, чем большее количество периодов используют для его вычисления. Но тем очевиднее вывод о том, что предлагаемый способ работает тем точнее, чем короче используемая длина волны. Ограничение сверху на предельные размеры апертуры излучателя накладывается условием нахождения приемника в дальней зоне. Блок — схема устройства для измерения диэлектрической проницаемости п риведена на фиг,2. Устройство содержит генератор СВЧ 1, соединенный с делителем мощности 2, к выходам которого подключен соединенный с механизмом перемещения и отсчета 3 двухплечевой излучатель 4, размещенный на плоской грани контролируемого диэлектрика 5, приемник 6, связанный с механизмом измерения угла наблюдения 7 и соединенный с измерительным прибором 8. Две проекции устройства двухплечевого излучателя 4 приведены на фиг.3 и фиг.4. Двухплечевой излучатель состоит из диэлектрических волноводов 9, расположенных над подвижной 11 и неподвижной 10 парами металлических пластин, находящихся в контакте с образцом диэлектрика с плоской гранью 5. Работает устройство следующим образом. В исходном состоянии подвижные пластины 11 (см, фиг.3, 4) каждого из излучателей вплотную придвинуты к неподвижным 10. С помощью механизма перемещения и отсчета 3 (см, фиг.2) подвижные пластиныкаждого волноводного излучателя, связанные с соответствующими диэлектрическими волноводами 9 (см. фиг.3, 4), перемещают в противоположных направлениях, тем самым синхронно изменяют величину промежутка между подвижными 11 и неподвижными 10 пластинами каждого из излучателей. При этом в приемник 6 (см. фиг.2), расположенный под углом О, который измеряют с помощью механизма 7, поступает прошедшая через образец волна, 5 30 амплитуду последней регистрируют измерительным прибором 8 при всех значениях величины промежутка излучателей и таким образом получают зависимость амплитуды прошедшей волны от величины промежутка. Полученная зависимость, как было отмечено выше, позволяет определить значение диэлектрической проницаемости материала. Формула изобретения 1. Способ определения диэлектрической проницаемости материала, заключающийся в облучении испытуемого образца электромагнитной волной двуплечим излучателем, изменении разности фаз сигналов в плечах излучателя и измерении амплитуды прошедшей волны под углом и определении диэлектрической проницаемости, о т ли ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительно одновременно с изменением разности фаз в плечах излучателя GHNMBloT зависимость амплитуды прошедшей волны от длины плеча, а диэлектрическую проницаемость определяют по формуле где Л вЂ” длина волны в свободном ïðîстра нстве; А ь — длина волны в двуплечем излучателе; Л вЂ” период следования нулей амплитуды прошедшей волны, а угол 0 выбирается из соотношения где dK — предельный размер плеча излучателя. 2. Устройство для определения диэлектрической проницаемости, содержащее последовательноо соединенн ые С ВЧ-генератор и делитель мощности, к выходам которого подключены излучатели, приемник. соединенный с индикатором. о т л и ч а ю щ е е с ч тем, что, с целью повышения точности. волноводный излучатель выполнен в виде диэлектрического волновода и пары расположенных в одной плоскости прямоугольных металлических пластин, установленных с зазором по отношению к диэлектрическому волноводу, при этом большие кромки пластин Illраллельны диэлектрическому волноводу. одна из пластин жестко закреплена, а дру1800333 Фиг. I Фиг. 2 Фиг. 3 гая установлена с возможностью перемещения вдоль оси диэлектрического волновода и жестко связана с ним, пара металлических пластин второго излучателя размещена в той же плоскости, что и пластины первого излучателя, подвижная пластина первого излучателя имеет контакт большей кромкой с большей кромкой неподвижной пластины второго излучателя, а неподвижная пластина первого — с подвижной пластиной второ5 го, причем меньшие кромки неподвижных пластин расположены вдоль одной прямой. 1800333 35 40 50 Составитель Н.Евич Техред М.Моргентал Корректор М.Керцман Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 1159 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
