Спосіб вимірювання затухань

Изобретение относится к радиоскопии и может быть использовано для измерения зависимости затухания радиоволн в исследуемой среде или мате Изобретение относится к радио-*" спектроскопии и может быть использовано для измерения зависимости затухания радиоволн в исследуемой среде или материале от частоты электромагнитных колебаний в полосе их поглощения, в частности для измерения физико-химических свойств диэлектрических материалов в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ) по значению диэлектрических потерь на частотах релаксаций поляризационных процессов. Цель изобретения - повышение точности измерений. Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Для измерения затухания в полосе поглощения исследуемой среды или материала выбирают два сверхвысокочастотных сигнала E 1 (t,Z) и E^(t,Z), характеризуемых мгновенными величи47-89 риале от частоты электромагнитных колебаний в полосе их поглощения. Цель изобретения - повышение точности из.мерений достигается тем, что на исследуемую среду подают сигнал опорной частоты, прошедший исследуемую среду сигнал преобразуют в колебания суммарно-разностных частот путем смбшивания с сигналом переменной частоты, детектируют полученные колебания. На исследуемую среду подают сигнал переменной частоты, затем этот сигнал преобразуют в колебания разностно суммарных частот путем смешивания с сигналом опорной частоты, полученные колебания детектируют, 1 ил. нами напряженностей полей,которые являются функциями времени t и пространственной координаты Z. Частоту первого из них to. выбирают переменной в диапазоне частот, перекрывающем возможные полосы поглощения, а частоту второго &>z - Фиксированной на границе или вне полосы поглощения, соответствующей минимальному затуханию. Из непрерывных СВЧ-сигналов Ei (t,Z) и E 2 (t,Z) путем периодического прерывания с низкой частотой 5 ? формируют неперекрывающуюся последовательность радиоимпульсов где E " соответствени но амплитуды напряженностей і Ги 1531663 последовательность неперекрывающиеся радиоимпульсов вида полей и параметры распространения; Т= -- - период следования радиоим^ пульсов. Объединяют радиоимпульсы Е ; и Е 4 в один непрерывный, манипулированный по частоте сигнал, которым воздействуют на исследуемую среду или материал. Примыкающие друг к другу радио- 10 импульсы Е 3 и Е^, образующие частотно-манипулированньгй сигнал, ослабляются в исследуемой среде или материале одинаково за счет неселективных 15 потерь. Но радиоимпульс с частотой СО , находящейся в пределах полосы поглощения, испытывает дополнительное ослабление за счет диэлектрических потерь от релаксационных процессов в исследуемой среде или материале. Если 20 обозначить коэффициент передачи исследуемой среды вне полосы пропускания К,=е~, где b - затухание радиоволн в неперах, то коэффициент передачи в полосе поглощения где - затухание в полосе поглощения, зависящее от частоты СВЧ-колебаний. В результате разных ослаблений радиоимпульсов частотно-манипулированный сигнал на выходе исследуемой среды или материала окажется манипулированным еще и по амплитуде Е, 35 40 где К„*с К 45 Из полученной последовательности радиоимпульсов путем объединения формируют частотно-манипулированный сигнал с противоположным чередованием частот (ЛА и (о 2 в примыкающих друг к другу радиоимпульсах. Смешивают частотно-манипулированный сигнал, прошедший исследуемую среду или материал, с частотно-манипулированпым сигналом с противоположным чередовани- Г ем ч а с т о т . В результате балансного смешивания колебаний перекрывающихся радиоимпульсов Е 5 , Е г и E g ', E 0 образуются двухчастотные радиоимпульсы где S,, - крутизна характеристики смешивания СВЧ-колебаний. Из смешанных СВЧ-колебаний формируется последовательность радиоимпульсов суммарной со + и>г и разностной У,~ Ю частот. Эти радиоимпульсы поочередно усиливаются и детектируются по амплитуде, В результате квадратичного детектирования образуются видеоимпульсы с амплитудами u i~S2(si где S и 50 где К =е коэффициент передачи ат тенюатор я с калиброванным •^dTvx.aHHeM b D , I^ непрерывных сигналов E,(t,Z) -э E £ (t,Z) путем противофазного прерывания с частотой 9 формируют также 0 t 30 Т в пределах полосы поглощения радиоволн« Предусматривают возможность уменьшения амплитуды СВЧ-радиоимпульсов фиксированной частоты СИ. с помощью переменного аттенюатора с калиброванным затуханием в тракте непрерывного сигнала Е„ ( t , Z ) E E ( C ^ Z ) и 55 ч "'і j - крутизна преобразования детектора соответственно на суммарной СО + С07 и разностной Сд,~(л>^ частотах; ^$ ~ коэффициент усиления усилителя соответственно на частотах to + й),и Выделяют из последовательности видеоимпульсов U 4 и U,j имеющих раз 5 1531663 На чертеже і іиведен вариант устройные амплитуды, низкочастотные копебаства для реализации способа измерены шія с частотой следования радиоимпульзатухания в полосе поглощения радиосов® L Ю волн. Устройство содержит СЛЧ-генераторы 1 и 2, из которых генератор 1 - генератор перестраиваемой частоты, а генератор 2 ,- фиксированной частоты. Сигнал СВЧ-генератора 1 через направленные ответвители 3 и 4 поступает на СВЧ-выключателя 5 и 6, управляемые прямоугольными противофазным? сигналами генератора 7 низкой частоты, где s i g n s i n ^ t - прямоугольная огибающая видеоимпульсов. Уменьшают амплитуду СВЧ-колебаний фиксированной частоты изменением коэффициента передачи Kj до достижения 15 Сигнал СВЧ-генератора 2 через направравенства амплитуд видеоимпульсов, ленный ответвитель 8 поступает на т . е . исчезновения низкочастотной огиСВЧ-выключатель 9 и через направленбающей в последовательности видеоимный ответвитель 10 и переменный атпульсов (U^(ft)=0). В момент достнжетенюатор 11 поступает на СВЧ-выклюния равенства амплитуд видеоимпульсов 20 ч а т е л ь 1 2 . Прерываемые СВЧ-выключаимеет место равенство телями 6 и 12 СВЧ-сигналы через направленные ответвители 13 и 14 поступают на вход измерительной ячейки 15, откуда затухание в полосе поглощения содержащей излучающую 16 и приемную на частоте со. 25 17 антенны. Прерываемые СВЧ-выключателями 5 и 9 СВЧ-сигналы через на- . правленные ответвители 18 и 19 постугде b Q - калиброванное затухание, пают на вход балансного смесителя 20. задаваемое на фиксированной К выходу балансного смесителя 20 подчастоте СО-. 30 ключоны последовательно соединенные Таким образом, изменяя частоту со СВЧ-усилитель 21, детекторная секция сигнала E^(t,Z) в пределах полосы 22, усилитель НИЗКОЙ частоты 23, синпоглощения, можно измерить зависимость хронный детектор 24 и индикатор 25. затухания от поглощения радиоволн в СВЧ-генератор 1 нагружен на - згласофункции частоты, т.е. дисперсию зату35 ванную нагрузку 26„ а СВЧ-rt ератор хания £Ь(£Л). При этом аттенюатор, 2 - на согласованную нагрузку 27. вносящий калиброванное затухание, раВход измерительной ячейки Ї5 соедиботает на фиксированной частоте С07 нен с согласованной нагрузкой 28, и его частотные погрешности не влияют а вход балансного смесителя 20 соена точность измерения Д b (СО.) • Благо40 динен с согласованной нагрузкой 29. даря операции смешивания исключено влияние непостоянства амплитуды (мощУстройство работает следующим обности) сигнала Е т изменяемой частоты разом. C , и неравномерности частотной харакo, теристики усилителя ( K t f # O на резуль-45 тат измерения. Возможность усиления слабого сигнала на выходе исследуемой среды до детектора позволяет измерять затухание в полосах резонансного поглощения в широком динамическом ди50 апазоне, определять максимальное затухание и соответствующую ему характеристическую частоту, а также полуширину полосы поглощения. Отсчет затухания в полосе поглощения по калибро- ее ванному затуханию в цепи фиксированной частоты исключает влияние непостоянства коэффициентов усиления и преобраэования на точность измерения. Сверхвысокочастотные сигналы перечастоты генератора J и фяксированной частоты генератора 2 периодически прерываются с низкой частотой генератора 7 прерывателями 5, 6, 9, 12. Прерыватели 5 и 9 работают в п Р о т ивофазе с прерывателями 6 и 12, а прерыватели 5 и 12 - синфазко с прерывателями 6 и 9. В результате противофазной работы прерывателей 6 и 12 через измерительную ячейку 15 проходит последовательность примыкающих Друг к другу радиоимпульсов переменной и фиксированной частот, которая после ослабления в ячейке 15, связанного с поглощением СВЧ-колебаний в м е н н о и 1531663 8 исследуемой среде или материале, поноваьный на формировании частотноступает на один вход балансного смеманипулировэнного сигнала из послесителя 20. При этом СВЧ-сигнал фикдовательности СВЧ-радиолмпульсов сированной частоты в этой последовадвух ч а с т о т , одна из которых опорная, тельности радиоимпульсов может ослаба вторая переменная, подача его на ляться переменным аттенюатором 1I. исследуемую среду, амплитудном д е т е к Последовательность примыкающих друг тировании, выделении из продетектироК другу радиоимпульсов с противопованного сигнала низкочастотных колеложным чередованием переменной и фикбаний с частотой манипуляции, измесированной частот прерывателя 5 и 9 рении их амплитуд и сравнении их с поступает на другой вход балансного калиброванным сигналом, соответствусмесителя 2 0 . Двухчастотные радиоимющим заданному затуханию, и индикапульсы с выхода балансного смесителя ции затухания, о т л и ч а ю щ и й 20 усиливаются СБЧ-усилителем 21 и с я тем, ч т о , с целью повышения точ15 детектируются с помощью детекторной ности измерений, на исследуемую с р е секции 22. Напряжение огибающей виду подают сигнал опорной частоты, деоимпульсов усиливается усилителем сигнал, прошедший исследуемую среду 23 низкой частоты и выпрямляется синпреобразуют в колебания суммарно-разхронным детектором 2k . Переменным ностных частот путем смешивания с аттенюатором 11 устанавливают калиб- 20 сигналом переменной частоты, полученрованное затухание в сигнал фиксиро-ные колебания детектируют, затем на ванной частоты, который соответстисследуемую среду подают сигнал п е вует исчезновению низкочастотной ременной частоты, сигнал, прошедший огибающей в последовательности ви25 исследуемую среду, преобразуют в к о деоимпульсов, что фиксируется по нулебания разностно-суммарных частот левому показанию индикатора 25. путем смешивания с сигналом опорной Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я частоты, полученные колебания д е т е к Способ измерения затухания, остируют , Редактор Т.Шагова Составитель Л.Устинова Техред М.Ходанич Корректор М.Максимишинец Заказ 2488/ДСП Тираж 657 Подписное ВНШШИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 1 13035, Москва, Ж-35, Раушская н а б . , д . 4/5 Производственно-издательский комбикат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101