Датчик интенсивности микроволнового излучения объекта

(54) ДАТЧИК ИН ВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Изобретен радиоизмерений вышее точности нии неоднороднность 3 диэлек2 находится в рх -(ДП) планарн 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР(56) Радиоэлектроника зформационный бюллетень,1982, с. 4-11,Нагла Н. апд ес. А 1-2 СНя Као 1.ошегег Еог БиЬсцгапеоця Тяяце Тешрегасиге Меаяиге шепа.я, - ТЬе Тгапя,оГ где 1 пяТ 1.гиге оГ Е 1 есТгоп 1.ся апЙСопипипгсаСоп ещ. оГ 3 арап, ч, 2160,1982, ч, 65, Ио, 8, рр.645-655. НСИВНОСТИ МИКРОВОЛНБЬЕКТА ие относится к технике и обеспечивает по змерений при исследова х объектов. Пове трической пластинь контакте поверхность учателя 1, а другая ее поверхность является рабочеи поверхностью 4 датчика. Рабочую поверх=ность 4 датчика приводят в контакт споверхностью исследуемого объекта(ИО) 6, например с поверхностью биоткани. Тепловое излучение ИО 6 частично отражается, а остальная частьпринимается датчиком и через клеммы5 поступает на приемник. Мощностьсобственных шумов приемника поступа-.ет на вход датчика и излучателя 1.Часть этой мощности поглощается ИО 6,а остальная мощность Отражается ивновь поступает на приемник, Выполнение ДП 2 из материала, диэлектрическая проницаемость Я которого выбрана из условия Я/Я = 1,5 - 12( с - макс. значейие диэлектрическойпроницаемости ИО 6), а толщина с -из условия й/Л = 0,01 - 0,2 ( 1, -длина волны в ДП 2), снижает флуктуации реактивной составляющей электромагнитного поля планарного излучателя 1 и уменьшает влияние неоднородной среды на излучательную способность ИО 6 на границе раздела датчикобъект. 5 ил, 1242856Изобретение относится к технике радиоизмерений и может использовать ся для контактного измерения интенсивности микроволнового теплового излучения объектов, 5Целью изобретения является повышение точности измерений нри исследовании неоднородных объектов.На фиг,1 приведена конструкция дат" чика интенсивности микроволнового излучения объекта; на фиг.2-5 конструкции планарных излучателей,Датчик интенсивности микроволнового излучения объекта содержит планарный излучатель 1, диэлектрическую 15 пластину 2, одна поверхность 3 которой находится в контакте с поверхностью планарного излучателя 1, а другая - является рабочей поверхностью 4 датчика, и клемм 5, распо О ложенные на поверхности планарного излучателя 1, противолежащей поверхности 3. Материал диэлектрической пластины 2 выбирается таким образом, чтобы выполнялось условие25Я с2 = 1,5 - 12.мПоскольку величины Е, для различ.ных объектов различны, конкретные30 материалы диэлектрической пластины 2 будут также различными. Например, для исследования человека и живот- ных (максимальное значение Е вещест. венной части диэлектрической про ницаемости биотканей в дециметровом диапазоне волн равно50) могут быть использованы материалы, имеющие вещественную часть Е в диапазоне значений 80-600, Такие значения вещест О венной части диэлектрической проницаемости имеют некоторые виды радио- керамики, а также различные виды металлокерамики и металлопластиков.Толщина Й диэлектрической пластины 45 2 выбирается в зависимости от рабочей длины волныв материале данного диэлектрика из условияс 1- 0,0 - 0,2. 5 О 1Планарный излучатель 1 представляющий собой один или несколько плоских металлических проводников, расположенных на поверхности 3 диэлектрической пластины 2, может иметь любую известггую конструкцию. Он может быть выполнен, например, в виде щелевогоМикроволновое тепловое изл 5 чение Т, исследуемого объекта при прохождении через границу раздела датчик - обьект частично отражает - ся. Интенсивность отраженного излу-. чения может быть записана в виде Т =КТ где К - коэффициент отражения по мощности. Оставшаяся часть излучения( 1 - Ц.) где Е - излучательная способность объекта. на границе датчик объект,принимается датчиком и далее поступает на вход приемника. Мощность собственных входных шумов Т, приемника поступает на вход датчика и излучателя. Причем часть ее поглощается объектом:(3) где А - поглотительная способность объекта на границе раздела датчик - объект,а оставшаяся частЪ(4) К Тд,отражается на границе раздела датчик - объект и вновь поступает на вхо,ц приемника.Таким образом, на индикаторе приемника будет зарегистрирована суммарная мощность Т двух потоков микроволнового излучения Т = ЕТ + Т = (1-1) Т+ КТ Т +К(Т - Т ) д "о Оизлучателя (фиг.2), петлевого виоратора (фиг.3), планарного спиральногоизлучателя (фиг.4), вибратора (фиг.5)и т,п,Датчик интенсивности микроволновогоизлучения объекта работает следующимобразом,:Рабочую поверхность 4 датчика приво,цят в контакт с поверхностью исследуемого объекта 6, например, с поверхностью биоткани, имеющей слой кожи7, слой жира 8 и слой мышечной ткани 9, а клеммы 5 подключают ко входуприемника.1242856тканей в исследуемом объекте 6 ока -зывает значительное воздействие какна структуру электромагнитного полядатчика, так и нараспределение токовв планарном излучателе 1 датчика,Это приводит к случайным изменениямизлучательной способности Е объектана границе раздела датчик - объект и,соответственно, к снижению точностиизмерений.В данном датчике электрическаячасть реактивной составляющей элек(5) Т=Т + ьТ,(7) (8) либо Т= Т,либо К= О,тромагнитного поля излучателя сосредоточена в диэлектрической пластине 15 2 с большим значением вещественнойчасти диэлектрической проницаемости,что позволяет снизить флуктуации этойчасти поля и уменьшить влияние случайно неоднородной среды на излучатель ную способность исследуемого объекта6 на границе раздела датчик - объект,где аТ = К (Тр Тд) (6) ошибка измерения мощности микроволнового излучения,Из выражения (6) видно, что для получения минимальной погрешности измерения интенсивности микроволнового излучения необходимо иметь 10 Для шумовых сигналов теплового излучения равенство (71 равносильно равенству шумовой температуры входа приемника и температуры исследуемого объекта 6. Однако выполнить условие ( 71 в общем случае невозможно, так как Т точно неизвестно, известныолишь приблизительные границы изменения этой величины. Формула и з о б р е т е н и яУсловие (8 1 также практически выполнить невозможно, однако можно ограничиться выполнением усло- вия 25 К = 1 - Е = сопзТ,при этом ошибка измерения интенсивности излучения может быть сведена к нулю в процессе калибровочных операций.При измерении глубинной температуры биологических объектов среда35 распространения микроволнового теплового излучения крайне неоднородна. Биоткани с большим содержанием воды (кожа, мьппцы и т.д.) имеют вещественную часть диэлектрической проницаемости для дециметрового диапазона волн порядка 50, в то время, как жировая и костная ткани имеют вещественную часть. диэлектрической прони-. цаемостипорядка 5-10,Экспериментально установлено, что случайный характер распределения этих Датчик интенсивности микроволнового излучения объекта, содержащий планарный излучатель, размещенный на одной поверхности диэлектрической пластины, и клеммы, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений при исследовании неоднородных объектов, в нем диэлектрическая пластина выполнена изматериала, диэлектрическая проницаемость Е которого выбрана из условияЕ- 1,5 - 12, где ", - максимальлное значение диэлектрической проницаемости объекта, и имеет толщину, определяемую соотношением Й/1 = - 0,01 - 0,2, где- длина волны в диэлектрической пластине, Й - ширина диэлектрической пластины, клеммы размещены на поверхности планар- ного излучателя, а другая поверхность ,диэлектрической пластины является рабочей поверхностью датчика.нецова рректор И.Мус каз 3699/43ВН е 1 роизводственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул,".1 роетная,Тираж 728 ИИПИ Государственного ко по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Раув