Устройство для измерения диэлектрической проницаемости материала Советский патент 1988 года по МПК G01R27/26 

Фиг. 1

Изобретение относится к радиотехническим измерениям параметров диэлектриков с помощью коаксиальной линии передачи.

Целью изобретения является увеличение диапазона измерения.

На фиг.Т представлена электрическая структурная схема устройства для измерения диэлектрической проницаемости материалов, на фиг.2 - измерительная ячейка в ввде коаксиальной короткозамкнутой на конце линии; на фиг.3 - эквивалентная схема измерительной ячейки; на фиг.4 - графики зависимостей составляющих входного сопротивления измерительной ячейки от длины волны.

Устройства для измерения диэлектрической проницаемости материалов содержит СВЧ свип-генератор I, нап- равленньй ртветвитель 2, измерительную ячейку 3 с исследуемым материалом, СВЧ-детектор 4, индикатор 5.

Измерительная ячейка содержит внешний проводник 6, центральный проводник 7, тонкопленочный поглотитель 8, тонкостенный диэлектрический цилиндр 9, исследуемьй материал 10.

На эквивалентной схеме (фиг.З) крроткозамкнутого отрезка коаксиальной линии с исследуемым материалом обозначено: R - сопротивление тонкопленочного поглотителяi X - сопротивление диэлектрического материала Zg, - входное сопротивление измерительной ячейки.

I Устройство для измерения диэлек- трической проницаемости материалов работает следующим образом.

С СВЧ свип-генератора 1 через направленный ответвитель 2 подают частотно-модулированный сигнал на измерительную ячейку 3. Измерительная ячейка 3 представляет собой частично заполненньй диэлектриком отрезок коаксиальной ЛИНИ41, где исследуемьй материал 10 помещают в тонкостенный диэлектрический цилиндр 9, который вместе с исследуемым материалом 10 образует подложку, на внешнюю поверхность которой нанесен тонкопленочный поглотитель 8, включенный в разрьш центрального проводника 7 коаксиальной короткозамкнутой на конце линии

Активное сопротивление тонкопленочного поглотителя R шунтируется реактивным сопротивлением материала X.

Входное сопротивление такого отрезка линии опредепяют следующим известным соотношением:

7 -J. - 1

R Jx R2 ч- F Т F

Z + (О

где X

377

io(--;--c)

I. ()

(2)

- диэлектрическая проницаемость

материала-,

d - диаметр материалаj 1р, I, - функции Бесселя нулевого и

первого порядка. Х - длина волны.

На фиг.4 показан ход зависимости действительной и мнимой составляющих входного сопротивления от длины волны. В окрестности 9; ,. входное сопротивление имеет резонансньй характер, вьфажающийся в том, что ак- тивная часть входного сопротивления Z пад;ает до нуля при -Ti шнт , а реактивная составляющая Z меняет знак.

Определяют спектр собственных частот измерительной ячейки.

, л RXJ„

ынт Х

(3)

Так как R О и не зависит от частоты, то дпя выполнения (3) необходимо

X ОГ1„С |.) 0, откуда -п -2,405

е ( )

2 . .

Таким образом, измерение диэлектрической проницаемости исследуемого материала 10 сводится к определению

инт соответствующей полному отражению входного сигнала из-за шунтирующего действия подложки, которьй через направленньй ответвитель 2 и СВЧ-детектор 4 поступает на индикатор 5.

Формула изобретения

Устройство для измерения диэлек- трической проницаемости материалов, содержащее последовательно соединенные СВЧ генератор и измерительную ячейку, вьтолненную в виде коаксиальной короткозамкнутой на конце лиНИИ, между торцом и центральным проводником соосно с ним установлена кювета для исследуемого материала, которая выполнена в виде тонкостенного диэлектрического цилиндра, и индикатор, отличающееся тем, что, с целью увеличения диапдзона измерений, в качестве СВЧ генератора используют СВЧ свип-генератор, ввё- ден направленньй ответвитель, включенный между выходом СВЧ свип-генератора и измерительной ячейкой, боковое плечо направленного ответвителя, ориентированное на отраженную волну, соединено с индикатором, кювета для исследуемого материала размещена заподлицо с центральным проводником измерительной ячейки, на внещней поверхности тонкостенного диэлектрического цилиндра кюветы для исследуемого материала нанесен тонкопленочный поглотитель.

Изобретение относится к радиотехническим измерениям и обеспечивает увеличение диапазона измерения. Устр- во содержит СВЧ свип-генератор 1, направленный ответвитель 2, измерительную ячейку 3 с исследуемым материалом. СВЧ-детектор 4 и индкатор 5. Измерительная -ячейка 3 выполнена в виде коаксиальной короткозамкнутой на конце линии. Кювета для исследуемого материала выполнена в виде тонкостенного диэл. цилиндра с тонкопленочньм поглотителем и установлена между торцом коаксиальной линии и центральным ее проводником заподлицо с центральным проводником.Частотно-модулированный сигнал СВЧ свип-генератора 1 через направленный ответвитель 2 поступает на измерительную ячейку 3. Измерение диэл. проницаемости исследуемого ма териала сводится к определению длины волны, соотв. полному отражению входного сигнала из-за шунтирующего действия ячейки 3 с исследуемым материалом. Отраженный сигнал через направ- ленный ответвитель 2 и СВЧ-детектор 4 поступает на индикатор 5. 4 ил. с S (Л

ю

фиг. 2

Фиъ, 3

фиг.

-- Л

t ( 7 - - j. . т «

I/ -Z +jZ