Спосіб визначення діелектричної проникності та тангенса кута втрат матеріалу

Спосіб визначення діелектричної проникності та тангенса кута втрат матеріалу, що включає вимірювання резонансних частот і добротностей циліндричного резонатора з хвильовим коливанням типу Е010 за відсутності та при наявності матеріалу, що досліджується, наступну обробку результатів вимірювання, який відрізняється тим, U 2 (19) 1 3 34146 Характерним для циліндричних резонаторів з хвилевидним коливанням типу Е010 є те, що резонатор працює на одній фіксованій частоті, значення якої залежить лише від радіуса циліндричного резонатора і не залежить від його довжини. З відомих способів найбільш близьким за сукупністю суттєвих ознак до корисної моделі є спосіб визначення діелектричної проникності та тангенса кута втрат матеріалу (стрижня) на заданому типі хвильових коливань Е010, що полягає в вимірюванні резонансних частот і добротності циліндричного резонатора у відсутності та при наявності діелектричного матеріалу (стрижня) з наступним визначенням e та tgd за відомими формулами: e=1+0,539×V/Vc×(f0-f 1)/f0 (1) tgd=0,269/e×V/Vc×(1/Q 1-1/Q 0) (2) де: e - діелектрична проникність; tgd - тангенс кута втрат; f0, f 1 - резонансні частоти у відсутності та при наявності матеріалу (стрижня), відповідно; Q0, Q1 - добротності резонатора у відсутності та при наявності матеріалу (стрижня), відповідно; V, Vc - об'єм резонатора й стрижня, при цьому: V=p×а2×l Vc=p×b2×h, де a, b, l, h - відповідно, радіуси та довжини резонатора й діелектричного стрижня [А.А. Брандт «Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах», М., 1963, с.94]. Недолік цього способу полягає в визначенні діелектричних констант при збудженні в циліндричному резонаторі хвильового коливання типу E010, що й знайшло відображення в обчислювальних формулах 1 і 2, які зв'язують значення обчислювальних діелектричних констант з вимірювальними параметрами лише на хвильовому коливанні типу Е010 . Використання обчислювальних формул 1 та 2 для визначення діелектричної проникності e та тангенса кута втрат tgd при збудженні в циліндричному резонаторі хвильового коливання типу Е01n є неможливим з огляду на те, що при переході до вищи х типів хвиль Е01n в діелектричному матеріалі виникають додаткові значні втрати, які залежать саме від типу коливань й не враховуються при обчисленні. Таким чином для визначення діелектричних констант матеріалу в діапазоні вимірювальних частот необхідним є використання декількох циліндричних резонаторів різних діаметрів, де забезпечується розповсюдження хвильового коливання з відповідною критичною довжиною. Це безумовно ускладнює процес вимірювання. Задачею, на рішення якої направлена дана корисна модель, є спрощення способу визначення діелектричної проникності та тангенса кута втрат матеріалу в діапазоні вимірювальних частот на хвиля х тип у Е01n . Поставлена задача вирішується тим, що у способі визначення діелектричної проникності та тангенса кута втрат матеріалу, який полягає в вимірюванні резонансних частот і добротностей циліндричного резонатора з хвильовим коливанням типу Е010 у відсутності та при наявності матеріалу, 4 що досліджується, й в наступній обробці результатів вимірювання, згідно з корисною моделлю, вимірювання резонансних частот і добротностей циліндричного резонатора додатково здійснюють на хвилях вищи х мод Е01n, а обробку результатів вимірювання виконують за обчислюваними формулами: e=1+0,539×V/Vc×(f0n-f1n)/f0n×[1+6,818×]a/ln)2 ] (3) tgd=0,269/e×V/Vc×1/Q 1n(4) -(1/Q0n)×[1+6,818×a/ln)2] де: e - діелектрична проникність; tgd - тангенс кута втрат; f0n , f1n - резонансні частоти у відсутності та при наявності матеріалу, відповідно; Q0n , Q1n - добротності резонатора у відсутності та при наявності матеріалу, відповідно; V, Vc - об'єм резонатора й матеріалу, відповідно, при цьому: V=p×а2×l (5) Vc=p×b2×h, (6) де: a, b, l, h - відповідно, радіуси та довжини резонатора й стрижня ln - резонансна довжина хвилі резонатора, при цьому: ln=2l/n (7) де: n - ціле число, що дорівнює 0; 1; 2; 3;... Вимірювання резонансних частот і добротностей циліндричного резонатора на хвилях ви щих мод Е01n в сукупності з обчислюванням результатів вимірювання за вищенаведеними формулами 3 та 4, які враховують вплив переходу до вищи х типів хвиль Е01n на значення діелектричної проникності та тангенса кута втрат матеріалу, дозволяє спростити визначення діелектричних констант матеріалу в діапазоні вимірювальних частот. Спосіб, який пропонується, може бути здійснено, наприклад, за допомогою пристрою, структурна схема якого показана на Фіг. Високочастотні коливання перестроюваного по частоті генератора 1 через петлю зв'язку 2 подають до резонатора 3, утвореного трубою 4 та заглушками 5. Із резонатора 3 сигнал знімають на індикаторний пристрій 6 через петлю зв'язку 7 та детектор 8. Резонансна частота визначається по індикаторному пристрою 6, наприклад, високочутливим мікроамперметром. Визначення діелектричної проникності є полягає в вимірюванні резонансних частот резонатора на заданому типі коливань Е01n у відсутності та при наявності матеріалу 9, що досліджується, і розраховується за формулами 3, 5, 6 та 7. Визначення тангенса кута втрат tg d полягає в вимірюванні добротності резонатора на заданому типі коливань Е01n у відсутності та при наявності матеріалу, що досліджується, і розраховується за формулами 4, 5, 6 та 7. Приклад реалізації способу, що заявляється. Визначення e та tgd проводились на хвилях типу Е 010 та Е 011. Вибраний циліндричний резонатор з геометричними розмірами: а=4,7см, І=10,4см. В якості 5 34146 діелектричного матеріалу використовувався фторопластовій стрижень ФТ-4, діаметром 2b=0,845см, довжиною h=І=10,4см, який встановлювався впродовж вісі резонатора. При геометричних розмірах резонатора (І, а): резонансна довжина хвилі резонатора розраховується за формулою 7, ln=2l/n (7) де: n - ціле число, що дорівнює 0; 1; 2; 3;... - резонансна частота резонатора розраховується за відомою формулою 8 6 f0n=С√1/(2,6127а)2+n2/412 (8) де: l - довжина резонатора; а - радіус резонатора; n - ціле число, що дорівнює 0; 1; 2; 3;... [И.В. Лебедев «Техника и приборы СВЧ, М. 1970, том1, с.343»]. Розраховані значення f0n та ln, на яких можливе проведення вимірювання діелектричних констант матеріалу в залежності від типу коливань n наведені в таблиці 1. Таблиця 1 ln(см) ¥ 20,8 Тип хвилі Е01n Е010 Е011 Для визначення tgd вимірювались частоти f1 та f2 на половинному рівні сигналу резонансних частот f0 та f01 (детектор має квадратичну характеристику), у відсутності та при наявності діелектричного стрижня. По різниці частот Df=f1-f2 відповідно до F0n (МГц) 2443,06 2837,05 відомої формули Q0=f 0/Df розраховувалось значення добротності резонатора у відсутності та при наявності діелектричного стрижня. Дані вимірювання та розрахунків наведені в таблиці 2 Таблиця 2 У відсутності стрижня при наявності стрижня e (за формулою 3) У відсутності стрижня При наявності стрижня f0, МГц f01 , МГц f0, МГц f1, МГц f2, МГц Df=f1-f2 , МГц Q0=f 0/Df f01 , МГц f1, МГц f2, МГц Df=f1-f2 , МГц Q0=f 0/Df tgd (за формулою 4) Значення діелектричної проникності e та тангенса кута втрат tgd матеріалу, визначені відповідно до способу, що заявляється, відповідають аналогічним даним, визначеними іншими способами та приведеними в джерелах інформації. Наприклад, на частоті 3000МГц для фторопласту ФТ-4 E010 2441,96 2404,337 2,027 2441,96 2441,813 2442,134 0,321 7607,352 2404,337 2404,17 2404,522 0,352 6830,5 2,455×10-4 E011 2834,555 2802,975 2,0017 2834,555 2834,936 2834,174 0,762 3719,9 2802,975 2803,334 2802,553 0,781 3588,96 2,197×10-4 значення e=2,02, значення tgd=2,85×10-4 [И.В. Лебедев «Техника и приборы СВЧ» М. 1970, Т1, с.426], e=2,0, tg d=2×10-4 [Справочник «Таблицы физических величин», под ред. И.К. Кикоина, М., Атомиздат, 1976, с.324]. 7 Комп’ютерна в ерстка C.Литв иненко 34146 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601