Ячейка для измерения диэлектрической проницаемости жидкости

 

Изобретение относится к измерительной технике и технике сверхвысоких частот. Ячейка для измерения диэлектрической проницаемости жидкости содержит два микрополосковых резонатора с диэлектрическим заполнением, которые электромагнитно связаны, резонансные частоты их равны, а коэффициент связи на резонансной частоте обращается в нуль. Такая конструкция устройства позволяет исключить потребность в использовании перестраиваемого по частоте СВЧ генератора и измерителя частоты при измерении диэлектрической проницаемости жидкостей с помощью предлагаемой ячейки. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и технике сверхвысоких частот.

Известна ячейка для измерения диэлектрической проницаемости, содержащая проходной цилиндрический диэлектрический резонатор с металлизированной поверхностью и окнами связи с линиями передачи, в котором выполнено сквозное аксиальное отверстие под исследуемую жидкость. Вещественная часть диэлектрической проницаемости жидкости определяется по изменению частоты резонатора для колебаний тина H₀₁₁, а мнимая часть по изменению добротности резонатора [1] Наиболее близким по совокупности существенных признаков аналогом является ячейка для измерения диэлектрической проницаемости жидкости, содержащая проходной полосковый резонатор, который образован двумя отрезками полосковых линий с диэлектрическим заполнением, соединенных отрезком воздушной полосковой линии. Измеряемой жидкостью заполняют воздушный участок полоскового резонатора. Вещественную часть диэлектрической проницаемости определяют по изменению резонансной частоты полоскового резонатора, а мнимую часть - изменению его добротности [2] Для проведения измерений диэлектрической проницаемости жидкости с помощью ячеек [1] и [2] кроме измерителя мощности СВЧ необходимо дополнительно иметь перестраиваемый по частоте генератор СВЧ колебаний и измеритель частоты.

Изобретение направлено на то, чтобы измерение диэлектрической проницаемости жидкости производилось на фиксированной частоте и не требовало перестройки и измерения частоты СВЧ генератора.

Техническим результатом при использовании изобретения является исключение потребности в использовании перестраиваемого по частоте СВЧ генератора и измерителя частоты при измерении диэлектрической проницаемости жидкости с помощью измерительной ячейки.

Предлагаемая ячейка для измерения диэлектрической проницаемости жидкости содержит два полосковых резонатора с диэлектрическим заполнением. Резонаторы выполнены микрополосковыми и электромагнитно связаны. Резонансные частоты резонаторов равны, коэффициент связи резонаторов на резонансной частоте обращается в нуль.

Существенные признаки, отличающие предлагаемое устройство от наиболее близкого аналога заключается в том, что полосковый резонатор с диэлектрическим заполнением выполнен микрополосковым, электромагнитно связан с вторым микрополосковым резонатором, резонансные частоты обоих резонаторов на резонансной частоте обращается в нуль.

На чертеже представлены проводники микрополосковых резонаторов ячейки.

Предлагаемая ячейка содержит диэлектрическую подложку, на одну сторону которой нанесено заземляющее основание, а на другую сторону нанесены два симметричных полосковых проводника 1 и 2. Полосковые проводники 1 и 2 вместе с диэлектирческой подложкой и заземляющим основанием образуют два микрополосковых резонатора, электромагнитно связанных между собой. Благодаря взаимной компенсации индуктивного и емкостного взаимодействия резонаторов коэффициент их связи на резонансной частоте обращается в нуль. Такая компенсация всегда может быть осуществлена путем внесения каких-либо емкостных элементов, увеличивающих емкостное взаимодействие микрополосковых резонаторов. Действительно, на резонансной частоте коэффициент емкостной связи двух регулярных микрополосковых резонаторов, расположенных один напротив другого, всегда меньше по абсолютной величине коэффициента индуктивной связи и имеет знак, противоположный знаку последнего. Поэтому, усиливая емкостное взаимодействие резонаторов, всегда можно взаимно компенсировать емкостное и индуктивное взаимодействия и обратить коэффициент связи резонаторов в нуль. На чертеже компенсация индуктивного и емкостного взаимодействий достигается уменьшением зазора между проводником 1 и 2 на крайних участках (области пучности напряжения) по сравнению с зазором на среднем участке (область пучности тока) путем их изгиба.

Для проведения измерений полосковый проводник 1 кондуктивно подключают к выходу СВЧ генератора, настроенного на резонансную частоту микрополосковых резонаторов. Полосковый проводник 2 кондуктивно подключают к измерителю мощности. В отсутствие измеряемой жидкости СВЧ мощность практически не проходит через измерительную ячейку, так как емкостная и индуктивная связи микрополосковых резонаторов взаимно скомпенсированы. При помещении одним из концов пары микрополосковых резонаторов ячейки в измеряемую жидкость происходит нарушение баланса индуктивного и емкостного взаимодействий и коэффициент связи резонаторов становится отличным от нуля. В результате СВЧ мощность начинает проходить через измерительную ячейку. При этом, чем выше будет диэлектрическая проницаемость измеряемой жидкости, тем большая мощность будет проходить через ячейку. Проградуировав предварительно измерительную ячейку по жидкостям с известной диэлектрической проницаемостью, можно по величине прошедшей мощности определить диэлектрическую проницаемость исследуемой жидкости.

Благодаря тому, что измерение производится на резонансной частоте микрополосковых резонаторов, предлагаемая ячейка чрезвычайно чувствительна к изменению диэлектрической проницаемости жидкости. Действительно, малое изменение емкостного взаимодействия между микрополосковыми резонаторами ячейки, нарушая баланс между индуктивным и емкостным взаимодействиями, приводит к значительному прохождению СВЧ мощности через ячейку, так как при резонансе энергия взаимодействия микрополосковых резонаторов, будучи пропорциональной запасаемой энергии, усиливается приблизительно в Q раз, где Q нагруженная добротность микрополосковых резонаторов.

Формула изобретения

Ячейка для измерения диэлектрической проницаемости жидкости, содержащая полосковый резонатор с диэлектрическим заполнением, отличающаяся тем, что резонатор выполнен микрополосковым, электромагнитно связан с вторым микрополосковым резонатором с диэлектрическим заполнением, резонансные частоты резонаторов равны, коэффициент связи этих резонаторов на резонансной частоте обращается в нуль.

РИСУНКИ

Рисунок 1