Способ и устройство для измерения диэлектрической проницаемости веществ Советский патент 1985 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в электронной, радиотехнической и авиационной промышленности для измерения диэлектрической проницае- 5 мости веществ.

Целью изобретения является повышение точности измерений. На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего предлагае- О мый способ.

Устройство состоит из первого измерительного канала, содержащего генератор 1 электромагнитного излучения, поляризатор 2, первый дели- 5 тель-3 луча на ортогональные составляющие, первого 4 и второго 5 уголковых поворотов, контролируемого образца б, причем первый измерительный канал содержит также второй делитель 20 7 луча, анализатор 8, приемник 9 излучения и регистрирующий блок 10; второго измерительного кан.ала, содержащего последовательно соединенные генератор 11 электромагнитного излу- 25 чения, поляризатор 12 первый делитель 13 луча, фазовращатель.14, второй делитель 15 луча, анализатор 16, приемник 17, регистрирзгющий блок 18, дифф.еренциальный усилитель 19 и блок зо 20 индикации.

Способ осуществляется следующим образом.

Линейно поляризованное излучение от.генератора 1 частотой f направ- 35 ляют в делитель 3 луча на две ортогональные составляющие. В частности, для вьщеления волны на ортогональные составлягощие используется одномерная поляризующая проволочная ре- 40 шетка, установленная в делителе луча под углом 45. к оси распространения волны, а направления проволочек решетки установлены под углом 45° к плоскости поляризации электромагнит- 5 ной волны генератора 1. Поляризующая проволочная решетка делит электромагнитнуш волну на ортогональные Состанляющие, одна из которых с азимутом, параллельным направлению про- 50 Волочек решетки, отражается и попадает в опорный канал, а вторая составляющая перпендикулярная первой проходит через рещетку и взаимодействует с контролируемым образцом. 55 Затем эти составляющие, опорнзто и прошедшую через образец, снова смешивают с помощью поляризующей проволочной решетки, идентичной первой установленной во втором делителе луча 7, в одном канале, где и определяют -эллиптичность результирующей волны.

Линейно поляризованное излучение от генератора 11 частотой fj направляют в делитель. 13 луча на две ортогональные составляющее, Делитель 13 луча работает идентично делителю 3 луча. Поляризующая проволочная решетка делителя 13 луча делит электромагнитную волну на ортогональные Составляющие, одна из которых с азимутом, параллельным направлению проволочек решетки, отражается и попадает в делитель 3 луча и, отразившись от поляризующей решетки делителя 3 луча, проходит через контролируемый образец 6, Прошедшая (провзаимодействовавшая) через контролируемьй образец 6 составляющая электромагнитной волны отражается от поляризующей решетки делителя 7 луча, и попадает в делитель 15 луча. Вторая составляющая электромагнитной волны от генератора 11, служащая в качестве второй опорной волны, проходит через фазовращатель 14 и смешивается с про- взаимодействовавшей составляющей с помощью поляризующей решетки делителя луча 15 в одном канале, где и определяют эллиптичность результирующей волны. Сигналы с регистрирующих блоков 18 и 10, пропорциональные эллиптичности каждой из двух СВЧ-волн, поступают соответственно на первый и второй входы дифференциального усилителя 19, где разностный сигнал усиливается и поступа-. ет на блок 20 индика-ции.

Устройство, реализующее предлагамый способ, работает следующим образом.

Амплитудно-модулированная волна от генератора 1 электромагнитного излучения частотой f проходит через поляризатор 2, после которого становится линейно поляризованной и попадает в делитель 3 луча на две ортогональные составляющие. В делителе 3 луча установлена под углом 45° к оси распространения волны одномерная поляризационная проволочная решетка, причем направления проволочек решетки установлены под углом 45 к плоскости поляризации

31

электромагнитной волны. Составляющая электромагнитной волны, параллельная направлению проволочек решетки делителя 3 луча, отражается и попадает в опорный канал, а составляющая, перпендикулярная направению проволочек, проходит через реетку и взаимодействует с контролируемьгм образцом 6. Прошедшая (провзаимодействовавшая) через контролируемый образец 6 составляющая проходит через решетку, установленную подобно решетке первого делителя 3 луча, но уже под углом 135 к оси распространения волны, а опорная составляющая, отразившись от металлических уголковых поворотов 4 и 5 и решетки делителя 7 луча, смешивается в одном канале с провзаимодействовавшей составляющей. Вращая анализатор 8, который одновременно поворачивает и приемник 9 излучения, выделяют ортогональные составляющие, соответствующие малой и большой полуосям эллипса поляризации и определяют отношение их амплитуд с помощью регистрирующего блока 10. Сигнал с регистрирующего блока 10 поступает на второй вход дифференциального усилителя 19.

Амплитудно-модулированная волна от генератора 11 электромагнитного излучения частотой f проходит через поляризатор 12, после которого становится линейно поляризованной и попадает в делитель 13 луча. Устройство и работа делителя 13 луча идентич

675354

ны устройству и работа делителя 3 луча. Однако в этом случае ортогональная составляющая СВЧ-волны отразившаяся от поляризующей решетки делителя 13, попадает не в опорный канал, а в делитель 3 луча. Отразившись от .поляризующей решетки делителя 3, эта . составляющая проходит через контролируемый образец 6, отражается от поляризующей решетки делителя 7 луча на две ортогональные составляющие и попадает в делитель 15 луча. Устройство и работа .делителя 15 луча идентичны устройству и работе делителя 7 луча. Прошедшая через.делитель 13 ортогональная составляющая СВЧ-волны частотой fj попадает в фазовращатель 14 и далее в делитель 15 луча на две ортогональные составляющие, пройдя

20 через который смешивается в одном канале с ортогональной составляющей, прошедшей через контролируемый образец. Вращая анализатор 16, который одновременно поворачивает и приемник 17 излучения, выделяют ортогональные составляющие,.соответствующие малой и большой полуосям эллипса поляризации и определяют отношение их амплитуд с помощью регистрир то3Q щего блока 18. Сигнал с регистрирующего блока 18 поступает на первый бход дифференциального усилителя 19. Усиленный разностный сигнал отображается блоком 20.

Перед началом работы настраивают устройство без контролируемого- материала фазовращателем 14 по минимальному значению сигнала блока 20.

1. Способ измерения диэлектри-. ческой проницаемости веществ, заключающийся в том, что исследуемое вещество облучают поляризованным электромагнитным излучением, разделяют провзаимодействовавшее излучение на ортогональные составляющие и измеряют эллипсометрические параметры, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности измерений, облучают исследуемый материал двумя поляризованными электромагнитными волнами различной частоты, разделяют каждую волну на ортогональные составляющие до взаимодействия с исследуемым материалом, одну из составляющих каждой из волн пропускают через исследуемый материал, смешивают обе составляющие каждой из волн, измеряют величину эллиптичности каждой волны и находят разность между их эллиптичностью, по которой и судят о диэлектрической проницаемости. 2. Устройство для измерения диэлектрической проницаемости веществi содержащее измерительный канал, состоящий из генератора электромагнитного излучения, к выходу которого подсоединен поляризатор, и последова- тельно соединенных анализатора, приемника излучения и регистрирующего -блока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, на оптической оси между поляризатором и анализатором установлены два делителя луча, между которыми размещен контролируемый образец, в устройство введены два о последовательно установленных уголковых поворота, причем вход первоW го уголкового поворота соединен с вторым плечом первого делителя луча, а выход второго уголкового поворота - с вторым плечом второго делителя луча, второй измерительный канал, состоящий из последовательно соединенных генератора электромаг05 нитного излучения, поляризатора, СП первого делителя луча, фазовращателя, второго делителя луча, аналисо затора, приемника излучения, регистСП рирующего блока, дифференциального усилителя и блока индикации, причем вторые плечи первого и второго делителей луча второго измерительного канала соединены соответственно с четвертыми плечами первого и второго делителей луча первого измерительного канала, а второй вход дифференциального усилителя соединен с выходом регистрирующего блока первого измерительного канала.