Устройство для измерения показателя преломления искусственных диэлектриков (его варианты)

СОЮ СНИХ ЕСКИХ 0% (11) 07 РЕСПУБ С; 01 Й 27/2 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЬСТВ ни из услови рг(р образца исслкусственного ди дуемо лектр е ис ка, .длина рабочей волны ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСНОМУСВИДЕ(72) А,С.Трофимов и А.З.Фрадин (71) Ленинградский электротехнический институт связи им. проф. М.А.Бонч-Бруевича(53) 62 1.317.335.3 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР В 334511, кл. 5 01 М 22/04, 1970.2, Казанский В.В. и др. Теоретические и экспериментальные исследования свойств искусственных металлодиэлектриков. - ЖТФ, т. 40, 1970, В 3, с. 631-641 (прототип). (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ (ЕГО ВАРИАНТЫ). (57) 1. Устройство для измерения показателя преломпения искусственных диэлектриков, содержащее СВЧ-генератор и регистратор, соединенные соответственно с передающей и приемной антеннами для оазмещения междуми образца исследуемого искусственного диэлектрика, при этом приемная и передающая антенны установлены с возможностью осевого перемещения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, образец исследуемого искусственного диэлектрика выполнен в форме двояковыпуклой фокусирующей линзы, размещенной от приемной антенны на расстоянии г, определяемом2, Устройство для измерения показателя преломления искусственных диэлектриков, содержащее СВЧ-генератор и регистратор, соединенные соответственно с передающей и приемной антеннами для размещения между ними образца исследуемого искусственного диэлектрика, при этом приемная и передающая антенны установлены с возможностью осевого перемещения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыше ния точности измерений, образец исследуемого искусственного диэлектрика выполнен в виде плоско- выпуклой фокусирующей линзы, обращенной плоской стороной к приемной антенне и размещенной на расстоянии92т ) - от приемной антенны, при этом приемная антенна установлена с возможностью перемещения в направленииперпендикулярном ее оси.Изобретение относится к техникеизмерений на сверхвысоких частотахи может быть использовано для исследования физических свойств веществ,например для измерения показателяпреломления искусственных диэлектриков, являющихся основой устройствпреломления или дифракции излучаемых электромагнитных волн, в частности призм и линз.Известно устройство для измерения свойств материалов, содержащеегенератор СВЧ, включенный на входдвухканальной измерительной схемы,в один из каналов которой включеныприемная и передающая антенны и расположенный между ними образец материала, а в другой канал - измерительные и компенсационные аттенюаторыи фазовращатели,Указанное устройство позволяетопределять параметры материала наоснове учета изменения интенсивности электромагнитных СВЧ-волн, проходящих через образец1 .Однако данное устройство не позволяет измерять показатель преломления искусственных диэлектриков.Наиболее близким техническим решением к изобретенью является устройство для измерения показателяпреломления искусственных диэлектриков, содержащее СВЧ-генератор и регистратор, соединенные соответственно с передающей и приемной антеннойдля размещения между ними образцаискусственного диэлектрика, приэтом приемная и передающая антенныустановлены с возможностью осевогоперемещения 2 ,Для достижения цели в устройстведля измерения показателя преломления искусственных диэлектриков. содержащем СВЧ-генератор и регистратор, соединенные соответственно с передающей и приемной антеннами для размещения между ними образца исследуемого искусственного диэлектрика, при этом приемная и передающая 35антенны установлены с возможностью осевого перемещения, сГразец исс.зедуемого искусственного диэлектрик выполнен в форме двояковыпуклой фокусируюшей линзы, размещенной от Однако известное устройство позволяет определять показатель преломления лишь по результатам измеренияфазовых характеристик отраженной 5 и прошедшей волн. При этом отсутствует возможность сравнения результатов измерений с результатами, полученными на основе определениякаких-либо других характеристикэлектромагнитного поля, что отрицательно сказывается на точности измерений.Образец в форме параллелепипеда,используемый в известном устройстве 15 должен достаточно хорошо имитироватьнеограниченный плоскопараллельныйслой исследуемого материала. Этообстоятельство определяет значительные размеры образца и существен ную трудоемкость его изготдвления,связанную с выполнением большогочисла элементов искусственной диэлектрической структуры.Цель изобретения - повышение точ ности измерений.приемной антенны на расстоянии г,определяемом из условия 10 15 20 25 30 Д 2г ( -Ъгде 0 - диаметр образца 5 исследуемого искусственного диэлектрика, Ъ - 50 длина рабочей волны (фиг.1), либо образец исследуемого искусственного диэлектрика выполнен в виде плосковыпуклой фокусирующей линзы, которая обращена плоской стороной к приемной 55 антенне и размещена на расстоянииргг- от приемной антенны, при3 П 2(где 0 - диаметр образца исследуемого искусственного диэлектрика,- длина рабочей волны.В устройстве для измерения показателя преломленияискусственныхдиэлектриков образец исследуемогоискусственного диэлектрика выполненв виде плосковыпуклой фокусирующейлинзы, обращенной плоской сторонойк приемной антенне и размещенной нар 2расстоянии г- от приемной антенйны, при этом приемная антенна установлена с возможностью перемещенияв направлении, перпендикулярном ееоси.На фиг. 1 приведена структурнаяэлектрическая схема устройства дляизмерения показателя преломленияискусственных диэлектриков, нафиг. 2 - структурная электрическаясхема варианта устройства для измерения показателя преломпения искусственных диэлектриков,Устройство для измерения показателя преломления искусственных диэлектриков содержит СВЧ-генератор 1и регистратор 2, соединенные соответственно с передающей и приемнойантеннами 3 и 4 для размещения меж-35ду ними образца 5 исследуемого искусственного диэлектрика, при этомприемная 4 и передающая 3 антенныустановлены с возможностью осевогоперемещения, причем образец 5 исследуемого искусственного диэлектрикавыпотнен в форме двояковыпуклойлинзы, которая размещена от приемной антенны 4 на расстоянии г, опре-деляемом из условия45 этом приемная антенна установлена с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном ее оси .Устройство для измерения показателя преломления .искусственных диэлектриков работает следующим образом.При включении СВЧ-генератора 1 СВЧ-энергия излучается передающей антенной 3 в направлении образца 5. при этом излучаемое электромагнитное поле в области между передающей антенной 3 и образцом 5 существует в виде сферически расходящихся волн, При прохождении этих волн через образец 5 исследуемого искусственного диэлектрика в виде двояковыпуклой либо плосковыпуклой фокусирующей линзы происходит изменение волнового фронта таким образом, что в области между образцом 5 и приемной антенной 4 поле имеет характер сферически сходящихся волн, принимаемых приемной антенной 4, подключенной на вход регистратора 2. Последняя при перемещении приемной 4 и передающей 3 антенн с помощью механизмов 6 и 7 регистрирует характеристики пространственного распределения электромагнитного поля, обусловленного совокупным действием передающей антенны 3 и образца 5 в форме двояковыпуклой либо плосковыпуклой фокусирующей линзы. При использовании образца в виде двояковыпуклой фокусирующей линзы (фиг.1) устройство позволяет снимать распределение электромагнитного поля путем синхронного осевого перемещения приемной 4 и передающей 3 антенн в противоположных направлениях симметрично относительно образца. Указанные распределения характеризуются наличием ряда чередующихся минимумов и максимумов (в том числе и фокального максимума), положение которых на оси расстояний указывает действительное фокусное расстояние г образца 5. Поскольку линза-образец 5 изготавливается в расчете на некоторый заданный показатель преломления и например по приближенным формулам, и некоторое заданное фокусное расстояние с Е , то использование предлагаемого устройства позволяет определить отличие Ь действительного фокусного расстояния от расчетного. т.е. йГ = Г в . Го. По этой величине рассчитывается Ьп -1107070 Данные о положении выше упомянутых минимумов и максимумов, которые могут быть получены при использова нии предлагаемого устройства, обеспечивают определение и независимо от условий облучения образца 5,. Устройство также дает возможность снимать поперечные распределения 15 поля путем перемещения приемной ан" тенны 4 перпендикулярно оси системы при различных, но равных между собой расстояниях от линзы до передающей антенны 3 и от линзы до плоскос ти перемещения приемной антенны 4. В отличие от предыдущего в этом случае действительное фокусное расстояниеопределяется по семейству снятых графиков поперечного распреде ления как расстояние, соответствующее наиболее глубокому "провалу" между центральным лепестком поперечного распределения и первым боковым.30При использовании образца 5 в виде плосковыпуклой фокусирующей линзы (фиг.2) предлагаемое устройство позволяет снимать диаграммы направленности (ДН) образца 5 для различных положений передающей антенны 3 на оси системы. В этом случае дейст" вительное фокусное расстояние Г, а Фиг,2аалеи 9Тирвк 711 ПодписыоеУжгород, ул.Проектная, 4 Филиал ШШ Патен разность между действительным показателем преломления и первоначально принятым в расчете, для чегоиспользуется соотношение ВНИИПИ Заказ 5752/3 следовательно, и искомая величина и определяются тем положением передающей антенны 3, которое соответствует наиболее узкой ДН. С целью более точного измерения и определение Г может быть основано и на сравнении уровней характерных изгибов (горбов) экспериментальных ДН и ДН, предварительно полученных для разных й расчетным путем,Использование в предлагаемом устройстве образцов разной формы дает разнообразие подходов к определению показателя преломления й . Вместе с тем переход от одной формы образца к другой не увеличивает объема подготовительной работы, так как плосковыпуклые фокусирующие линзы могут быть . получены разделением двояковыпуклых по экваториальной плоскости. Возможность определения и путем исследования разнообразных характеристик пространственного распределения электромагнитного поля обеспечивает выокую точность измерения путем сопоставления данных различных подходов.Выполнение образца искусственного диэлектрика в виде фокусирующей линзы дает возможность уменьшить по сравнению с известным устройст-. вом его необходимый объем, а также количество элементов, образующих искусственную диэлектрическую структуру образца. Это снижает трудоемкость процесса выполнения искусственной диэлектрической структуры и упрощает подготовку образца к измерениям. Г