RU2321010C1

RU2321010C1 - Device for measurement of high quantities of complex dielectric constant of low-impedance composite materials at shf

Info

Publication number: RU2321010C1
Application number: RU2006128860/09A
Authority: RU
Inventors: Герман В чеславович Дмитриенко (RU); Герман Вячеславович Дмитриенко; Николай Александрович Трефилов (RU); Николай Александрович Трефилов
Priority date: 2006-08-08
Filing date: 2006-08-08
Publication date: 2008-03-27

Abstract

FIELD: measurement of electrical quantities, applicable in production of existing and new absorbing materials of the carbon plastic type and is used in the SHF band, as well as for monitoring of the electrical parameters of the dielectric constant and the loss tangent of a dielectric.

SUBSTANCE: the device has an H-waveguide short-circuited on the end, and a large-length longitudinal slot is made on one of the crest-walls in parallel with the axis of the H-waveguide. The slot is made with matching bevels, the slot width coincides with the width of the respective crest wall of the H-waveguide, and gets closed with a standard short-circuiting switch in the process of measurement.

EFFECT: receiving of a more precise measuring information on the value of the complex dielectric constant of low-impedance composite materials.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области измерения электрических величин и может быть использовано в производстве существующих и новых поглощающих материалов типа углепластиков применяется в СВЧ диапазоне, а также для контроля электрических параметров диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь.The invention relates to the field of measuring electrical quantities and can be used in the production of existing and new absorbing materials such as carbon fiber reinforced plastic used in the microwave range, as well as to control the electrical parameters of the dielectric constant and the dielectric loss tangent.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является выбранное в качестве прототипа устройство для измерения комплексной диэлектрической проницаемости косвенным методом, включающее короткозамкнутый на конце прямоугольный волновод, имеющий на боковой стенке продольную щель большой длины, параллельно оси волновода, снабженную согласующими скосами, которая в процессе измерения закрывается эталонным короткозамыкателем или измеряемым образцом [см. Патент РФ №2199760, БИ №6, 2003 г.]. Измерения проводятся в два этапа, в начале к щели волновода подключается эталонный короткозамыкатель и производится калибровка установки, затем к щели волновода взамен эталонного короткозамыкателя подключается исследуемый плоский образец диэлектрика. От СВЧ генератора по волноводу подается зондирующая электромагнитная волна. Информация о параметрах материала заключается в амплитудах и фазах отраженных волн, т.е. в комплексном коэффициенте отражения от образца. Для измерения коэффициента отражения могут применяться одиночные и многозондовые измерительные линии, автоматические измерительные линии, автоматические измерители полных сопротивлений и т.п. Обработка результатов производится по способу прототипа [см. Патент РФ №2199760, БИ №6, 2003 г.].The closest in technical essence to the claimed invention is a device for measuring complex dielectric permittivity, selected as a prototype, by an indirect method, including a rectangular waveguide short-circuited at the end, having a long slit on the side wall, parallel to the waveguide axis, equipped with matching bevels, which during measurement closes with a standard short circuit or a measured sample [see RF patent No. 2199760, BI No. 6, 2003]. The measurements are carried out in two stages, at the beginning, the reference short circuit is connected to the waveguide gap and the installation is calibrated, then the investigated flat dielectric sample is connected to the waveguide gap instead of the standard short circuit. A probe electromagnetic wave is supplied from the microwave generator through the waveguide. Information on the parameters of the material consists in the amplitudes and phases of the reflected waves, i.e. in the complex reflection coefficient from the sample. Single and multi-probe measuring lines, automatic measuring lines, automatic impedance meters, etc. can be used to measure reflection coefficient. The results are processed according to the prototype method [see RF patent No. 2199760, BI No. 6, 2003].

Недостатком описанного прототипа являются невысокая точность измерения ε и tgδ для низкоимпедансных материалов, имеющих одновременно большие значения диэлектрической проницаемости ε и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ и характеризующиеся большими коэффициентами отражения от образца. Электромагнитная волна при взаимодействии с измеряемым образцом низкоимпедансного композиционного материала испытывает большое затухание, для измерения ε и tgδ используют электромагнитную волну повышенной мощности.The disadvantage of the described prototype is the low measurement accuracy of ε and tanδ for low-impedance materials having simultaneously high values of dielectric constant ε and dielectric loss tangent tanδ and characterized by large reflection coefficients from the sample. When interacting with a measured sample of a low-impedance composite material, the electromagnetic wave experiences a high attenuation; an increased power electromagnetic wave is used to measure ε and tanδ.

Сущность изобретения заключается в следующем, в уменьшении погрешности измерения относительной диэлектрической проницаемости ε и тангенса угла диэлектрических потерь tgδ низкоимпедансных композиционных материалов и расширения частотного диапазона измерения диэлектрической проницаемости

.The essence of the invention lies in the following, in reducing the measurement error of the relative dielectric constant ε and the dielectric loss tangent tanδ of low impedance composite materials and expanding the frequency range of the dielectric constant

.

Технический результат - получения более точной измерительной информации о значении комплексной диэлектрической проницаемости низкоимпедансных композиционных материалов.EFFECT: obtaining more accurate measurement information on the value of the complex dielectric constant of low-impedance composite materials.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для измерения больших значений комплексной диэлектрической проницаемости низкоимпедансных композиционных материалов на СВЧ, характеризующихся большими значениями комплексной относительной диэлектрической проницаемости, содержащее СВЧ генератор, измерительное устройство комплексного коэффициента отражения, короткозамкнутый на конце волновод, имеющий на стенке продольную щель большой длины, параллельно оси волновода, снабженную согласующими скосами, которая в процессе измерения закрывается эталонным короткозамыкателем или измеряемым образцом, эталонный короткозамыкатель и образец измеряемого материала.The indicated technical result is achieved in that a device for measuring large values of the complex dielectric constant of low-impedance composite materials on microwave, characterized by large values of the complex relative dielectric constant, containing a microwave generator, a measuring device with a complex reflection coefficient, a waveguide short-circuited at the end and having a large longitudinal slit on the wall length parallel to the axis of the waveguide, equipped with matching bevels, which in the process The measurement circuit is closed with a standard short circuit or a measured sample, a standard short circuit and a sample of the measured material.

Особенностью является то, что оно содержит короткозамкнутый на конце Н-волновод, у которого на одной из стенок гребня выполнена продольная щель большой длины, параллельно оси короткозамкнутого на конце Н-волновода, и снабженная согласующими скосами, причем ширина щели совпадает с шириной соответствующего гребня стенки короткозамкнутого на конце Н-волноводаThe peculiarity is that it contains a short-circuited at the end of the H-waveguide, on which on one of the walls of the crest there is a longitudinal slit of large length parallel to the axis of the short-circuited at the end of the H-waveguide, and equipped with matching bevels, and the width of the slit coincides with the width of the corresponding wall crest short-circuited at the end of the H-waveguide

Измерение диэлектрической проницаемости производится в два этапа, в начале щель закрывается эталонным короткозамыкателем, затем щель закрывается пластиной исследуемого материала. От СВЧ генератора по короткозамкнутому на конце Н-волноводу подается зондирующая электромагнитная волна, которая распространяется по короткозамкнутому на конце Н-волноводу со щелью и взаимодействует с измеряемым образцом. В обоих случаях производится измерение комплексного коэффициента отражения от короткозамкнутого на конце Н-волноводу со щелью. Свойства Н - волноводов - это более широкая рабочая полоса частот на низшем типе колебаний, к тому же в месте между двух гребней и боковой стенкой концентрируется повышенная напряженность электромагнитного поля, что увеличивает чувствительность и точность метода измерения на образцах измеряемого материала малых геометрических размеров.The permittivity is measured in two stages, at the beginning the gap is closed with a standard short circuit, then the gap is closed with a plate of the material under study. A probe electromagnetic wave is supplied from the microwave generator through a short-circuited at the end of the H-waveguide, which propagates along the short-circuited at the end of the H-waveguide with a gap and interacts with the measured sample. In both cases, the complex reflection coefficient is measured from a short-circuited H-waveguide with a slot at the end. Properties of H - waveguides - this is a wider operating frequency band at the lower type of oscillations; moreover, an increased electromagnetic field strength is concentrated in the place between two ridges and the side wall, which increases the sensitivity and accuracy of the measurement method on samples of measured material of small geometric dimensions.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 представлено поперечное сечение Н-волновода, на Фиг.2 - его вид сбоку, на Фиг.3 - вид снизу короткозамкнутого на конце Н-волновода, у которого на одной из стенок гребня выполнена продольная щель большой длины, параллельно оси короткозамкнутого на конце Н-волновода, и снабженная согласующими скосами, ширина щели совпадает с шириной соответствующего гребня стенки короткозамкнутого на конце Н-волновода.The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a cross section of an H-waveguide, Fig. 2 is a side view thereof, Fig. 3 is a bottom view of a short-circuited at the end of an H-waveguide, in which a longitudinal slot is made on one of the crest walls a large length parallel to the axis of the short-circuited at the end of the H-waveguide, and equipped with matching bevels, the width of the slit coincides with the width of the corresponding crest of the wall of the short-circuited at the end of the H-waveguide.

Устройство содержит СВЧ генератор, измерительное устройство для измерения комплексной относительной диэлектрической проницаемости

и короткозамкнутый на конце Н-волновод 1, у которого на одной из стенок гребня выполнена продольная щель большой длины, параллельно оси короткозамкнутого на конце Н-волновода, и снабженной согласующими скосами, ширина щели совпадает с шириной соответствующего гребня стенки короткозамкнутого на конце Н-волновода, эталонный короткозамыкатель и образец измеряемого материала 2.The device contains a microwave generator, a measuring device for measuring the complex relative permittivity

and a short-circuited at the end of the H-waveguide 1, in which a long slit is made on one of the walls of the crest, parallel to the axis of the short-circuited at the end of the H-waveguide and provided with matching bevels, the width of the slit coincides with the width of the corresponding crest of the wall of the short-circuited at the end of the H-waveguide , standard short circuit and sample of the measured material 2.

Устройство работает следующим образом. Короткозамкнутый на конце Н-волновод 1 с образцом измеряемого материала 2 подключается к измерительной схеме и СВЧ генератору. От СВЧ генератора по короткозамкнутому на конце Н-волноводу подается зондирующая волна, которая движется по короткозамкнутому на конце Н-волноводу с продольной щелью на гребне, доходит до короткозамкнутого конца Н-волновода 1, отражается и движется в обратном направлении. Сначала производятся измерения комплексного коэффициента отражения зондирующей волны от короткозамкнутого на конце Н-волновода 1 с эталонным короткозамыкателем, установленным на место щели, затем производятся измерения коэффициента отражения зондирующей волны, когда установлен образец измеряемого материала 2 (пластина). Из полученных результатов комплексных коэффициентов отражения зондирующей волны от короткозамкнутого на конце Н-волновода 1 с образцом измеряемого материала 2 и с эталонным короткозамыкателем вычисляется значение комплексной диэлектрической проницаемости измеряемого материала.The device operates as follows. Short-circuited at the end of the H-waveguide 1 with a sample of the measured material 2 is connected to the measuring circuit and the microwave generator. A probe wave is supplied from the microwave generator through a short-circuited at the end of the H-waveguide, which moves along a short-circuited at the end of the H-waveguide with a longitudinal slot on the crest, reaches the short-circuited end of the H-waveguide 1, is reflected and moves in the opposite direction. First, measurements are made of the complex reflection coefficient of the probe wave from the short-circuited at the end of the H-waveguide 1 with a reference short circuit installed in place of the slot, then measurements of the reflection coefficient of the probe wave when a sample of the measured material 2 is installed (plate). From the results of the complex reflection coefficients of the probe wave from the short-circuited at the end of the H-waveguide 1 with the sample of the measured material 2 and with the reference short-circuit, the value of the complex permittivity of the measured material is calculated.

Claims

A device for measuring large values of the complex permittivity of low-impedance composite materials on microwave, characterized by large values of the complex relative permittivity, comprising a microwave generator, a measuring device of a complex reflection coefficient, a waveguide shorted at the end, having a long slit on the wall parallel to the axis of the waveguide, equipped with matching bevels, which during the measurement process is closed by a standard short circuit or a measured sample, a standard short circuit and a sample of the measured material, characterized in that it contains a short-circuited at the end of the H-waveguide, on which one of the walls of the crest has a longitudinal slit of large length parallel to the axis of the short-circuited at the end of the H-waveguide, and equipped with matching bevels, and the gap width coincides with the width of the corresponding crest of the wall short-circuited at the end of the H-waveguide.