Устройство для измерения параметров диэлектриков

 

Использование: техника измерений СВЧ параметров материалов и антенных обтекателей. Сущность изобретения: в устройстве для измерения параметров диэлектриков вдоль всей образующей антенного обтекателя достигается высокая точность измерений за счет выполнения приемо-передающей антенны в виде зеркальной двухфокусной антенны, согласованной со свободным пространством использования модулированного отражателя, содержащего модулирующий диод и диафрагму малых размеров, и поглотитель, размещенного внутри исследуемого антенного обтекателя в любой его части. 3 ил.

Изобретение относится к технике измерений СВЧ и может быть использовано для автоматического контроля радиотехнических параметров материалов и антенных обтекателей при их серийном производстве или в процессе испытаний и при разработке. Измерения производятся в свободном пространстве методом модулированного отражения.

Известно устройство /1/ для измерения параметров диэлектриков, содержащее СВЧ-генератор, развязывающий элемент, основной канал направленного ответвителя прямой волны, основной канал направленного ответвителя отраженной волны, линия передачи с исследуемым диэлектриком и отражатель, измерительный приемник со вторичными каналами направленных ответвителей прямой и отраженной волн.

За счет многократного отражения СВЧ-энергии от регулируемой по величине реактивности и отражателя на экране ЭЛТ индикатора наблюдаются зоны пропускания и зоны задерживания. Через модуль и фазу коэффициента отражения по частотному свечению зон пропускания при внесении исследуемого диэлектрика в линию передачи определяется диэлектрическая проницаемость исследуемого диэлектрика, а по уменьшению амплитуды тангенс угла диэлектрических потерь в полосе частот.

Основной недостаток этого устройства заключается в том, что оно не обеспечивает измерения параметров диэлектрика в виде стенки антенного обтекателя, т.е. поверхности, имеющей переменный радиус кривизны, с высокой точностью, т.к. линия передачи в месте контакта и исследуемым диэлектриком не согласована с ним и возникающие нежелательные отражения от внешней поверхности стенки исследуемого диэлектрика существенно влияют на полезный сигнал, прошедший через исследуемый диэлектрик и отраженный от отражателя, что приводит к увеличению погрешности измерения.

Известно устройство /2/ для измерения электрической толщины стенки антенных обтекателей, содержащее СВЧ-генератор, передающую и приемную рупорную антенну, фазовращатель, блок сравнения, диодный модулятор, индикатор и дополнительную пару приемопередающих антенн, смещенных вдоль оси относительно основной пары на четверть длины волны в свободном пространстве и развернутых по поляризации на 90^o.

В результате образуется второй параллельный тракт, приемная антенна которого подключена к блоку сравнения, а передающая антенна соединена через диодный модулятор с приемной антенной основного тракта. Использование такой системы излучателей приводит к уменьшению погрешностей измерения электрической толщины антенных обтекателей, вызываемой смещением антенного обтекателя вдоль оси рупорных антенн. Разворот рупоров по поляризации на 90^o уменьшает взаимодействие между рупорами и облегчает компенсацию отражений. Точность измерений при использовании четырех рупоров повышается.

Недостатком этого известного устройства также является невозможность измерения параметров по всей образующей антенного обтекателя с высокой точностью, что вызвано еще большими размерами приемного антенного узла.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения параметров диэлектриков.

На фиг. 2 конструкция приемопередающей антенны.

На фиг. 3 конструкция модулированного отражателя.

Устройство для измерения параметров диэлектриков (фиг. 1) содержит СВЧ-генератор 1, измерительный приемник 2, приемопередающую антенну 3, контролируемого материал 4, модулированный отражатель 5.

Выход СВЧ-генератора 1 соединен с первым входом измерительного приемника 2 приемопередающей антенной 3, подключенной ко второму входу измерительного приемника 2 и размещенной с одной стороны контролируемого материала 4, по другую сторону которого размещен модулированный отражатель 5.

Контролируемый материал 4 расположен с возможностью перемещения относительно приемопередающей антенны 2. Контролируемым материалом 4 является исследуемый антенный обтекатель. Приемопередающая антенна 2 (фиг. 2) содержит отражатель 7, выполненный в виде части поверхности элипсоида вращения и облучатель 6.

Облучатель 6 соединен с выходом СВЧ-генератора 1 и установлен в первом фокусе отражателя 7, во втором фокусе которого размещен контролируемый материал 4, которым является стенка исследуемого антенного обтекателя.

Модулированный отражатель 6 (фиг. 3) выполнен в виде металлической диафрагмы 8, в отверстии которой размещен модулирующий диод 9. Металлическая диафрагма 8 и модулирующий диод 9 окружены поглотителем 10.

Устройство для измерения параметров диэлектриков работает следующим образом.

Непрерывный СВЧ-сигнал от СВЧ-генератора 1 поступает к приемопередающей антенне 3, а именно на ее облучатель 6, излучается в виде электромагнитной волны в свободное пространство, которая падает и отражается отражателем 7, затем собирается в узкий волновой пучок луч в районе второго фокуса отражателя 7. Волновой пучок проходит через контролируемый материал 4 - диэлектрическую стенку исследуемого антенного обтекателя и отражается модулированным отражателем 5. Амплитудная модуляция отраженной электромагнитной волны осуществляется с помощью металлической диафрагмы 8, модулирующего диода 9 и поглотителя 10, образующих модулированный отражатель 5. Отраженные волны проходят через диэлектрическую стенку обтекателя, изменяя свою фазу, принимаются приемопередающей антенной 3 и в виде электромагнитного сигнала, содержащего информацию о параметрах контролируемого материала 4 отступают на второй (измерительный) вход измерительного приемника 2, на первый (опорный) вход которого поступает другой непрерывный СВЧ-сигнал с выхода СВЧгенератора 1. Эти два сигнала (отраженный модулированный и непрерывный от СВЧ-генератора) сравниваются в измерительном приемнике по амплитуде и фазе, в результате чего выделяется необходимая информация о модуле (т) и фазе фи коэффициента прохождения диэлектрической стенки обтекателя. Электромагнитная волна, отражаемая от наружной поверхности диэлектрической стенки исследуемого антенного обтекателя, является не модулированной и не создает дает погрешности измерения. Малые размеры модулированного отражателя 5 и сфокусированный волновой пучок позволяют получать информацию о параметрах стенки исследуемого антенного обтекателя на любом ее малом участке, в том числе и на участках, расположенных в носовой части исследуемого антенного обтекателя. Поглотитель 10 служит для повышения точности измерений путем поглощения паразитных отражений волны от элементов конструкции модулированного отражателя 5, а также для поглощения волн, прошедших за металлическую диафрагму 8 с модулирующим диодом 9.

В устройстве для измерения параметров диэлектриков-стенки антенных обтекателей вдоль всей образующей антенного обтекателя достигается высокая точность измерений за счет того, что приемопередающая антенна выполнена в виде зеркальной двухфокусной приемопередающей антенны, хорошо согласованной со свободным пространством, а модулированный отражатель содержит модулирующий диод и диафрагму малых размеров и размещается внутри исследуемого антенного обтекателя в любой его части.

Формула изобретения

Устройство для измерения параметров диэлектриков, содержащее СВЧ-генератор, выход которого соединен с первым входом измерительного приемника и приемопередающей антенной, подключенной к второму входу измерительного приемника и размещенную с одной стороны контролируемого материала, по другую сторону которого размещен модулированный отражатель, при этом контролируемый материал установлен с возможностью перемещения относительно приемопередающей антенны, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, приемопередающая антенна содержит отражатель в виде части поверхности эллипсоида вращения, облучатель, соединенный с выходом СВЧ-генератора и установленный в первом фокусе отражателя, во втором фокусе которого размещена стенка исследуемого антенного обтекателя, модулированный отражатель выполнен в виде металлической диафрагмы, в отверстии которой размещен модулирующий диод, и размещен на внутренни стенке исследуемого антенного обтекателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3