Способ измерения компонент тензоров электрической и магнитной проницаемостей гиротропных сред

СССР ЕНИТВУ ИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЬ М. А. Гинцбур СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПОНЕНТ ТЕ ЛЕКТРИЧЕСКОЙ И МАГНИТНОЙ ПРОНИ ГИ РОТРО П НЪХ СРЕДОРОВАЕМОСТ влено 10 марта 1953 г, за576649/24 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР публнковано в Бюллетене изобретений15 за 195 7 По измеренным таким путем смещению ре тих величин св Предметом изобретения является способ определения всех компонент тензоров электрической е; и магнитной р;,. проницаемости гиротропных сред (ферриты, электронная и ионная плазма в магнитном поле и т. д.) с помощью цилиндрического резонатора (эндовибратора).Особенность предлагаемого способа заключается в том, что в резо. наторе (как без образца, так и с образцом) поочередно возбуждаются нормальные колебания с эллиптической поляризацией, при которых электрический и магнитный векторы в каждой точке объема резонатора вращаются в плоскости, перпендикулярной оси резонатора. Искомые значения комплексной электрической проницаемости =-, и комплексной магнитной проницаемости р,вычисляются из данных измерения сдвига резонансных частот и измерения добротности эндовибратора при внесении в него испытуемого образца.Образцы исследуемого гиротропного материала могут иметь различную форму. Однако практически при измерениях в цилиндрическом резонаторе наиболее удобен образец в виде круглого цилиндра. Поэтому в основу дальнейшего описания предлагаемого способа положено применение такого образца. Измерения проводятся следующим образом. Сначала колебания возбуждаются в эндовибраторе, не содержащем образца. При этом измеряются резонансная частота щ = 2-.7 и полуширина полосы пропускания б, т. е. величина, обратная добротности эндовибратора.Затем в эндовибратор вносят образец и измеряют новые значения121510 напсной частоты Да=о о и расширению Ло 1 - .-г / - о полосы про пускания вычисляют компоненты тензора магнитной (для ферритов) и электрической (для плазмы) проницаемостей.В качестве примера описывается схема измерений указанным способом магнитной проницаемости ферритов. Формулы для вычисления приводятся для частного случая образца в виде цилиндра, радиус которого много меньше длины волны Х в материале образца, т. е. справедливо квазистатическое приближение.Намагниченный феррит представляет собой гиротропную среду и описывается тензором магнитной проницаемости: О 0(В выражении 1 принято, что ось ог параллельна внешнему магнитному полю Но).Все три диагональных элеме 1 Га тензора цц ц, - комплексные величины;/р 2; ,1, ==Р: - /Р з Для измеренияр 11", и ц" изготавливается эндовибратор, рассчитанный на колебание типа Н и производятся три измерения.В этом резонаторе, пока пустом, без образца, возбуждается (через отверстие в центре его основания) колебание Н, и измеряются резонансная часлота о этого колебания и полуширина полосы пропускания 8 1" (опыт 1).В резонатор по его оси помешают исследуемый образец, снова возбуждают колебание Н но уже эллиптически поляризованное с правым аправлением вращения, .и измеряют резонансную частоту щ+ и полу- ширину полосы пропускания резонатора с образцом 0 / (опыт 2).Из этих двух опытов вычисляют вызванное образцом смещение резонансной частоты и расширение полосы пропускания:д - ,1 о До/. - о/". о/ (2) Затем в резонаторе с образцом возбуждается эллиптически поляризованное колебание типа Н с левым вращением и измеряются резонансная частота о и полуширина полосы пропускания о/ (опыт 3).Далее вычисляют вызванные образцом смешение резонансной частоты и расширение полосы пропускания:дсо= о) . - м; До. =о - о, (з) Направление вращения определяется относительно внешнего ста- тическОГО намагничивающего пОля Н,. Поэтому для ТОГО, чтобъ перейти от схемы опыта 2 к схеме опыта 3, достаточно, не меняя возбуждения резонатора, изменить направление поля Но на обратное, например, переключением тока в обмотке электромагнита, создающего поле Но.Из данных всех трех опытов вычисляют рр"р., р", по следующим расчетным формулам:(5) Знак плюс между первым и вторым слагаемыми соответствует р,;к" знак минус - р ц", Через А и 5 обозначены величины:(К о)где 1,(КД) - бесселева функция первого порядка, КД - собственноечисло резонатора без образца 1,(Кой)=03 5= ), где С - скорость света, 1. - высота резонатора. о 7.,(6) 11 ч и " - действительная и мнимая части комплексной электрической проницаемости: я = =- - / = . Величины:. и " измеряются предварительно по смещению резонансной частоты и расширению полосы пропускания, создаваемыми образцом в резонаторе, рассчитанном на колебания типа Еоп или НпьКроме указанного выше способа компоненты р;могут измеряться еще одним независимым путем, Измерение двумя независимыми путями уменьшает вероятность экспериментальных ошибок. Этот второй способ измерения состоит в следующем. Изготовляют резонатор, рассчитанный на колебание типа Ео, и измеряют вызванные образцом смещение резонансной частоты Лщ и расширение полосы пропускания Л оотдельно для колебаний с правым и левым вращением. Из данных измерений вычисляют , р ц р". по следующим расчетным формулам:121510 где знак плюс между первым и вторым слагаемыми соответствует о ,. 4 1, (К,Я) й"ц"знак минус - 1"о, Р о, Й --з где КоР - собственное число полого резонатора: 1 о(КоР) =О.Диагональный элемент рз можно измерить, например, в резонато.ре, рассчитанном на колебания типа Ноц. 1 о (о 1) Ла в 1."Рз=1 + 2оо С"(8) где Кф определяется условием 1 о(КФ) =О.Выше в качестве примера были описаны измерения в резонаторах с колебаниями типа Н Ноц и Еио Однако все измерения можно проводить и с колебаниями иных типов, соответственно, и в других резонаторах, и при различных положениях образца. Тогда расчетные формулы 4 - 8 несколько изменят свой вид. Например, для колебания типа Н,р величины А и в формулах 4 - 5 равны:(п 1) 1 по (К, р,)и" - (К. й) 4 22 п,А где 1 п(Кой)= О; 5= Р 1 1 Измерение компонент тензора электрической проницаемости о, проводится аналогичным образом, например, в резонаторах с колебаниями Е Еои и Но. В расчетных формулах 4 - 8 следует при переходе от р;, кпроизвести следующую замену: рна о,.; =- на р; а на - а;1 п на 1 п; 1 п на 1 п.На блок-схеме устройства для осуществления предлагаемого способа измерения компонент тензоров диэлектрической и магнитной проницаемости обозначено; 1 - образец; 2 - резонатор; 3 электромагнит; 4 - клистрон; б - волномер; 6 - осциллограф; 7 - детектор; 8 - аттенюатор;9 - усилитель. Предмет изобретения 1. Способ измерения компонент тензоров электрической ;, и магнитной р; проницаемостей гиротропных сред, отличающийся тем, что в цилиндрическом резонаторе в отсутствии и при наличии в нем испытуемого образца возбуждают колебания с правым и левым направлением вращения плоскости поляризации и из данных измерения сдвига резонансных частот и изменения добротности резонатора, обусловленных внесением в него указанного образца, вычисляют искомые компо. ненты.2, Способ по п, 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в резонаторе, кромеколебаний с правым и левым направлениями вращения плоскости поляризации, возбуждают колебания типа Н,или Е, Х 121510