Устройство для измерения диэлектрической проницаемости материалов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 51)5 С 01 Н 22/00 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНА ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское9 1322131, кл.Доброхотов Б юл.научи ель- ский сслед хнол орскопромышл еев .8) ви енности СССР1982,в элек 1965,детельствоМ 22/00, Измерени Энерг ронике 777.2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР с. 99.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится,к радио-: технике. Цель изобретения - повьппение точности, Устр-во содарижт отрезок прямоугольного волновода, согласованные нагрузки 2 - 4, детекторный диод 5, отверстие, исследуемый образец 7, щели8, 9" и 1 О, шарнирный узел 11, узел 12 крепления, металлические стенки 13 и 14, диэлектрические кольца 15 и 16, брвгговский аксиально-симметричный резонатор 17, прижимной винт 18, диод 19 с отрицательным сопротивлением и эл-ты 2 связи. При помещении образца 7 в измерительное плечо отрезка, разность фаз электромагнитных волн на диоде 5 изменяется иследовательно, изменяется амплитуда детектированного сигнала. Амплитуду сигнала, снимаемого с диода 5, а следовательно, и раз" ность фаз можно восстановить, повернув резонатор 17 и отрезок 1 на определенный угол один относительно другого и вокруг оси, проходящей через центр отрезка 1. Цель достигает - ся за счет уменьшения потерь в тракте прохождения электромагнитной волны, 2 ил.Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и может быть использованопри измерении параметров материалов,н миллиметровом диапазоне волн, 5Цель изобретения - поньппеие точ -ности.Пя фи 1,приведено устроистводля измерения диэлектрической проницаемости материалов, вид сверху; oя Офиг, 2 - разрез А-А на фиг. 1,Устройство для измерения диэлектрической проницаемости материалов содержит отрезок прямоугольного волнонода 1, согласованные нагрузки 2 - 4, 15детекторный диод 5, отверстие 6, исследуемый образец 7, щели 8 - 10,шарнирный узел 1 1, узел 12 крепле-,диэлектрические кольца 15 и 16, брэггонский аксиальпо-симметричный резонатор 17, прижимной винт 18, диод 19с отрицательным сопротивлением, первый 20 и второй 21 элементы связи,Устройство для измерения диэлектрической проницаемости материалов работает следу 1 ощим образом.В центре отрезка прямоугольноговолноводя 1, н отверстии, помещаетсядетекторный диод 5. Отрезок волновода 30между соглясонянпой нагрузкой 2 идетекторным диодом 5 образует измерительное плечо, куда помещается исследуемый образец. Опорное плечо образовано другим участком отрезка прямоугольного. волнонодя 1, между согласованной нагрузкой 3 и детекторным диодом 5. По центру широкой стенки отрезка прямоугольного волновода 1, него опорном плече, выполнено отверстие 6, я в измерительном плече отрезка нолнонода 1 выполнена щель 8, параллельная продольной осп отрезкапрямоугольного нолновода 1. Детекторный диод 5 крепится в отрезке прямоугольного волновода 1 при помощи узла 1 2 крепления, представляющего собой прямоугольную н основании призмус резьбовым отверстием, в котором перемещается прижимнои винт 8. Шарнирный узел 11 служит для крепления диода 19, а также для возможности вращения друг относительно друга отрезкапрямоугольного волнонодя и аксияльносимметричного брэггоного резонатора,Источник СВЧ-колебаний выполнен в виде генератора ня диоде с отрицатель-ным соп,отинлеием. Резонатор генератора обрлзонан расположенными между металлическими степками 3 и 4 яксияльно - симметричными относитель 1 ю диода 19, колд,цами диэлектрика 15 с че- РЕДУ 1 оЩИМИСЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПРОНИЦаемостями, образующими решетку неоднородностей брэгговского резонатора.Последний кольцевой слой 1 6 выполнен из диэлектрика с малой диэлектричес - кой проницяемостью и нагружается согласованной нагрузкой 4 в виде сильно поглощя 1 ощего диэлектрического слоя, В металлической стенке 13 над кольценым слоем 16 выполнена щель 1 О в виде неполного витка спирали Архимеда расположенная внутри кольцевой щели 9.Электромагнитная волна, генерируемая диодом 19, последовательно отражается от диэлектрических колец 15 периодической решетки неоднородностей брэггонского резонатора и при соответствующем периоде неоднородностей складываясь в фазе, образует положительную обратную связь для диода 19 на частоте, строго определенной периодом неоднородностей решетки. Электромагнитияя волна, прошедшая через решетку неоднородностей, образует в слое диэлектрика 16 благодаря согласованной нагрузке бегущую волну, Так как вся система обладает аксиальной симметрией, эта волна цилиндрическая, Поскольку щели 8 и 10, отверстие 6 и щель 9 совпадают, образуя соответственно элементы 20 и 21 связи, бегущая цилиндрическая электромагнитная волна из слоя диэлектрика 16 через эти отверстия связи распространяется, по отрезку прямоугольного волнонода от отверстий связи в стороны, противоположные детекторному диоду 5, поглощаясь согласованными нагрузками 2 и 3, а волны, падающие на детекторный диод 5, образуют стоячую волну определенной зависящей от набега фаз в плечах отрезка прямоугольного волновода амплитуды. При помещении в измерительное плечо отрезка прямоугольного волновода исследуемого образца, разность фаэ электромагнитных волн на детекторном диоде 5 изменяется и, следовательно, изменяется амплитуда детектиронанного сигнала. Амплитуду сигнала, снимаемого с детекторного диода 5, а следовательно, и разность фаз можно восстановить, повернув на определенный угол друг относительно друга и вокруг оси, проходящей через центр отрезка прямоугольного волново5 1552да, аксиально-симметричный брэгговский резонатор и отрезок волновода.При этом, поскольку щель 10 в металлической стенке 13 выполнена ввиде неполного витка спирали Архимеда, а щель 9 в этой же металлическойстенке выполнена кольцевой, то щельО в измерительном плече смещаетсявдоль щели 8 на величину тем большую, Очем на больший угол повернут резонатор 7 или волновод 1, при этом изменяется величина связи резонатора 17с волноводом, а величина этой связив опорном плече волновода 1, осуществляемая через первый элемент 21 связи, остается неизменной. Зная этотугол, и зная длины волн в диэлектрическом слое 16 и измерительном плечеволновода можно определить на сколько изменилась фаза колебаний на детекторном диоде,5 и с учетом размераисследуемого образца найти диэлектрическую проницаемость последнего.Осевая симметрия брэгговского резонатора и его электромагнитная связьс опорным и измерительным плечами отрезков прямоугольного волновода позволяют наряду с уменьшением потерь втракте прохождения электромагнитной З 0волны фиксировать изменения длиныволны в измерительном плече отрезкапрямоугольного волновода. Например,при диэлектрической проницаемости ис=следуемого образца, равной 10, на35длине волны в свободном пространстве,равной 8 мм, повороту акеиально"симметричного резонатора диаметром 23 смна 1 соответствует перемещение отверостия связи на 0,0036 мм и смещениебоковой поверхности резонатора от еепервоначального положения на 2 мм,т.е. можно фиксировать изменение длины волны на 0,008 мм,Формула из обретения 45 Устройство для измерения диэлектрической проницаемости материалов,081 6содержащее источник СВЧ-колебаний, отрезок волновода, служащий дчя размещения исследуемого образца и связанный с резонатором через первьп элемент связи, образованиьп отверстиями в резонаторе и отрезке волиовода, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в качестве резонатора использован аксиальносимметричный брэгговский резонатор, источник СВЧ-колебаний выполнен в виде генератора на диоде с отрицательнымсопротивлением, который установлен вцентре аксиально-симметричного брэгговского резонатора, отрезок волновода выполнен прямоугольным, ось симметрии которого совпадает с осью симметрии аксиально-симметричного брэг- .говского резонатора, в центре отрезкапрямоугольного волновода установленвведенный детекторный диод, отверстиепервого элемента связи в аксиальносимметричном брэгговском резонаторевыполнено в виде кольцевой щели, прорезанной в металлической стенке.аксиально-симметричного брэгговского резонатора, центр которого совпадает сцентром кольцевой щели, введен второйэлемент связи, связывающий отрезокпрямоугольнОго волновода с аксиально-симметричным брэгговским резонатором, причем второй элемент связи образован отверстиями связи в виде щели, прорезанной в металлической стенке аксиально-симметричного брэгговского резонатора, имеющей форму неполного витка спирали Архимеда и расположенной внутри кольцевой щели, и щели,прорезанной в стенке отрезка прямоугольного волновода,.параллельно егопродольной оси, отрезок прямоугольного волновода и аксиально-симметричньп 3брэгговский резонатор установлены свозможностью поворота друг относительно друга, вокруг оси, проходящий че -рез центр отрезка прямоугольного волновода.1552081 Составитель А. МихайловаИ. Дербак Техред Л,Сердюкова Корректор М. Максимишиие крытиямд. 4/5 Ри ГКНТ аущская наб.; онзводствецно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород,Гагарина, 101 Заказ 326 Ти ВНИИИИ Государственного113035,Подписноезобретениям и комитета поМосква, Ж