Устройство для измерения диэлектрической проницаемости материалов Советский патент 1990 года по МПК G01N22/00 

-А

СП У1

ю о

Йо

Изобретение относится к радиотехнике СВЧ и полет быть использовано при измерении параметров материалов в миллиметровом диапазоне волн.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг. 1 приведено устройство для измерения диэлектрической проницаемости материалов, вид сверху; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Устройство для измерения диэлектрической проницаемости материалов содержит отрезок прямоугольного волно- йода 1, согласованные нагрузки 2-4, детекторный диод 5, отверстие 6, исследуемый образец 7, щели 8-10, шарнирный узел 11, узел 12 крепления, металлические стенки 13 и 14, , диэлектрические кольца 15 и 16, брэг-

говский аксиально-симметричный резонатор 17, прижимной винт 18, диод 19 с отрицательным сопротивлением, первый 20 и второй 21 элементы связи.

Устройство для измерения диэлект- рической проницаемости материалов работает следующим обратом.

В центре отрезка прямоугольного волновода 1, в отверстии, помещается детекторный диод 5. Отрезок волновода между согласованной нагрузкой 2 и детекторным диодом 5 образует измерительное плечо, куда помещается исследуемый образец. Опорное плечо образовано другим участком отрезка прямо- угольного волновода 1, между согласованной нагрузкой 3 и детекторным диодом 5. По центру широкой стенки отрезка прямоугольного волновода ,в его опорном плече, выполнено отверс- тие 6, а в измерительном плече отрезка волновода 1 выполнена щель 8, параллельная продольной оси отрезка прямоугольного волновода 1. Детекторный диод 5 крепится в отрезке прямо- угольного волновода 1 при помощи узла 12 крепления, представляющего собой прямоугольную в основании призму с резьбовым отверстием, в котором перемещается прижимной винт 18. Шарнир- ный узел 11 служит для крепления диода 19, а также для возможности вращения друг относительно друга отрезка прямоугольного волновода и аксиально- симметричного - брэггового резонатора. Источник СБЧ-колебаний выполнен в виде генератора на диоде с отрицательным сои, отивлением. Резонатор генератора образован расположенными между

металлическими стенками 13 и 14 аксиально-симметричными относительно диода 19, кольцами диэлектрика 15 с чередующимися диэлектрическими проница- емостями, образующими решетку неодно- родностей брэгговского резонатора. Последний кольцевой слой 16 выполнен из диэлектрика с малой диэлектрической проницаемостью и нагружается согласованной нагрузкой 4 в виде сильно поглощающего диэлектрического слоя. В металлической стенке 13 над кольцевым слоем 16 выполнена щель I0 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 брэгговского резонатора и при соответствующем периоде неоднородностей складываясь в фазе,образует положительную обратную связь для диода 19 на частоте, строго определенной периодом неоднородностей решетки. Электромагнитная 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 волновода 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 фаз электромагнитных волн на детекторном диоде 5 изменяется и, следовательно, изменяется амплитуда детектированного 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 волновоь15520816

да, аксиально-симметричный брэгговс- содержащее источник СВЧ-колсбаннп, кий резонатор и отрезок волновода. отрезок волновода, служащий для разПри этом, поскольку щель 10 в ме- мещения исследуемого образца и свя- таллической стенке 13 выполнена в ц занный с резонатором через первый виде неполного витка спирали Архиме- элемент связи, образованный отверсти- да, а щель 9 в этой же металлической ями в резонаторе и отрезке волновода, стенке выполнена кольцевой, то щель отличающеес я тем, что, 10 в измерительном плече смещается с целью повышения точности, в качест- вдоль щели 8 на величину тем большую, jg ве резонато ра использован аксиально- чем на больший угол повернут резона- симметричный брэгговскнй резонатор, тор 17 или волновод 1, при этом изме- источник СВЧ-колебаний выполнен в виде няется величина связи резонатора 17 генератора на диоде с отрицательным с волноводом, а величина этой связи сопротивлением, который установлен в в опорном плече волновода 1, осущест- 15 Центре аксиально-симметричного брэг- вляемая через первый элемент 21 свя- говского резонатора, отрезок волно- зи, остается неизменной. Зная этот вода выполнен прямоугольным, ось сим- угол, и зная длины волн в диэлектри- метрии которого совпадает с осью сим- ческом слое 1 6 и измерительном плече метрии аксиально-симметричного брэг- волновода можно определить на сколь- 20 товского резонатора, в центре отрезка ко изменилась фаза колебаний на дете- прямоугольного волновода установлен кторном диоде ,5 и с учетом размера введенный детекторный диод, отверстие исследуемого образца найти диэлектри- первого элемента связи в аксиально- ческую проницаемость последнего. симметричном брэгговском резонаторе

Осевая симметрия брэгговского ре- 25 выполнено в виде кольцевой щели, про- зонатора и его электромагнитная связь резанной в металлической стенке.акси- с опорным и измерительным плечами от- ально-симметричного брэгговского ре- резков прямоугольного волновода поз- зонатора, центр которого совпадает с воляют наряду с уменьшением потерь в центром кольцевой щели, введен второй тракте прохождения электромагнитной 30 элемент связи, связывающий отрезок волны фиксировать изменения длины прямоугольного волновода с аксиаль- волны в измерительном плече отрезка но-симметричным брэгговским резонато- прямоугольного волновода. Например, ром, причем второй элемент связи об- при диэлектрической проницаемости и с-- разован отверстиями связи в виде ще- следуемого образца, равной 10, на 35 ли прорезанной в металлической стен- длине волны в свободном пространстве, ке аксиально-симметричного брэгговско- равной 8 мм, повороту аксиально-сим- го резонатора, имеющей форму неполно- метричного резонатора диаметром 23 см го витка спирали Архимеда и располо- на 1° соответствует перемещение отвер- женной внутри кольцевой щели, и щели, стия связи на 0,0036 мм и смещение 40 прорезанной в стенке отрезка прямо- боковой поверхности резонатора от ее угольного волновода, параллельно его первоначального положения на 2 мм, продольной оси, отрез-ок прямоугольно- т.е. можно фиксировать изменение дли- Го волновода и аксиально-симметричный ны волны на 0,0018 мм.брэгговский резонатор установлены с

Формула изобретения 45 возможностью поворота друг относительно друга, вокруг оси, проходящий чеУстройство для измерения диэлект- рез центр отрезка прямоугольного вол- рической проницаемости материалов, повода.

7

ю

19

12

/5

15

Изобретение относится к радиотехнике. Цель изобретения - повышение точности. Устройство содержит отрезок 1 прямоугольного волновода, согласованные нагрузки 2 - 4, детекторный диод 5, отверстие, исследуемый образец 7, щели 8 - 10, шарнирный узел 11, узел 12 крепления, металлические стенки 13 и 14, диэлектрические кольца 15 и 16, брэгговский аксиально-симметричный резонатор 17, прижимной винт 18, диод 19 с отрицательным сопротивлением и эл-ты связи 21. При помещении образца 7 в измерительное плечо отрезка 1 разность фаз электромагнитных волн на диоде 5 изменится и, следовательно, изменится амплитуда детектированного сигнала. Амплитуду сигнала, снимаемого с диода 5, а следовательно, и разность фаз можно восстановить, повернув резонатор 17 и отрезок 1 на определенный угол один относительно другого и вокруг оси, проходящей через центр отрезка 1. Цель достигается за счет уменьшения потерь в тракте прохождения элетромагнитной волны. 2 ил.

Фиг