Технические науки. Электротехника и радиоэлектроника

Браге К.С.

НТУУ «КПІ», Україна

ВИМІРЮВАННЯ НВЧ ПАРАМЕТРІВ МАТЕРІАЛІВ МЕТОДОМ ДІЕЛЕКТРИЧНОГО РЕЗОНАТОРА Е-ТИПУ

Швидкий розвиток інформаційних технологій призвів до виникнення нових пристроїв зв’язку, що базуються на використанні нових принципів, технологій і матеріалів. Ефективне використання нових матеріалів потребує наявності методів контролю їх параметрів. В силу цих обставин стає зрозумілою цікавість до розробки нових методів вимірювання параметрів матеріалів, в тому числі і в НВЧ діапазоні.

Одним з перспективних методів вимірювання НВЧ параметрів матеріалів являється метод діелектричного резонатора Е-типу.

Наявність електродинамічних моделей ДКР з Е-типом коливань [1, с. 118] дозволяє розробити метод вимірювання электрофізичних параметрів матеріалів при включенні досліджуваного діелектричного зразка до вимірювальної секції, показанної на рис.1. Сутність даного методу викладається нижче.

Прямокутний або циліндричний діелектричний резонатор (1), виготовлений із досліджуваного матеріалу з відомими геометричними розмірами розміщується між двома паралельними металевими пластинами покритими сріблом або золотом (2) . Одна з пластин установлюється з можливістю переміщення в напрямку перпендикулярному площинам металічних дзеркал і через шток (3) прикріплена до мікрометричного гвинта (4), що дає змогу вимірювати товщинудіелектричного зразка та розмір повітряного включення.

Рис.1. Секція для вимірювання електрофізичних параметрів діелектричних матеріалів

Ця вимірювальна секція через коаксіальний кабель (5) включається в одну з відомих схем вимірювання резонансних частот і власних добротностей. Визначаються власна частота (f₀) і власна добротність системи (Q₀) для нижчого Е-типу коливань при відсутності повітряного зазору (h=0). Зазор (h=0) вибирається тому, що в цьому випадку на результати вимірювання і розрахунку не впливає похибка визначення товщини резонатора.

Потім за отриманими значеннями згідно з співвідношеннями отриманими в [2, с. 124] проводиться розрахунок діелектричної проникності (ε) і тангенса кута діелектричних втрат (tgδ) .

На основі алгоритмів розв’язку задачі про власні коливання ДКР можна розробити програму, що полегшить розрахунок шуканих величин.

При викладеній вище методиці вимірювання електрофізичних параметрів матеріалів похибка вимірювання діелектричної проникності (δε) на нижчому коливанні Е-типу визначається неточністю вимірювання поперечних геометричних розмірів зразка та неточністю визначення резонансних частот і може бути оцінена як похибка непрямих вимірювань з урахуванням статистичної незалежності похибок окремих вимірювань параметрів і характеристик резонаторів. [3, с. 43]

Для нижчого коливання Е-типу циліндричного резонатора:

(1)

де R - радіус резонатора f -частота.

Всі похідні, що входять до виразу (1) можуть бути обчислені за допомогою співвідношень отриманих в [4, с.11].

Для прикладу оцінимо похибку вимірювання діелектричної проникності для резонатора діаметром D8 мм товщиною 3 мм з діелектричною проникністю ε40 . Використання гетеродинного частотоміру дозволяє виміряти частоту з відносною похибкою δf0.0001. При вимірюванні геометричних розмірів резонатора за допомогою мікрометру маємо абсолютну похибку ∆D0.01мм, що для заданного діаметра дає відносну похибку визначення радіуса δR0.00125. При заданих параметрах резонатора та рівнях похибок відносна похибка становить δε 0.005, що відповідає 0.5%.

Для перевірки методу вимірювання було виміряно діелектричну проникність зразків віготовлених з кераміки ТБНС, АЛТК та ТЛ0. Результати приведені у таблиці 1.

З результатів, наведених у таблиці 1 видно, що даний метод забеспечує достатньо високу точність вимірювання діелектричної проникності матеріалів у НВЧ діапазоні частот.

Таблиця. 1. Діелектрична проникність зразків віготовлених з кераміки ТБНС, АЛТК та ТЛ0.

Діаметр мм.	Матеріал	ε-визначена даним методом	ε-довідникові дані
7.2	АЛТК	39. 9	40
2.6	ТБНС	79.5	81
2.6	ТЛ0	39. 3	40

Список використанних джерел та літератури:

1. Д. Д. Татарчук Добротность составных диэлектрических резонаторов с Е- типом колебаний // «Электроника и связь» ,1998, №5, С.117-119.

2. Д. Д. Татарчук, В. И. Молчанов, Ю. В. Прокопенко Решение электродинамической задачи о собственных частотах составных диэлектрических резонаторов с Е- типом колебаний // «Электроника и связь» ,1998, №5, С.123-125.

3. Д. Д. Татарчук Власні коливання прямокутних комбінованих діелектричних резонаторів з Е - типом коливань // «Электроника и связь» ,1999, №7, С.42-44.

4. Татарчук Д.Д. Добротність прямокутних комбінованих резонаторів з Е- типом коливань //Наук.вісті НТУУ "КПІ".-2000.-№2.-С.9-12