Метод короткого замыкания и холостого хода

Более точные результаты можно получить при расположении образца на расстоянии, равном от закороченного конца. В этом случае образец находится в пучности электрического поля и, следовательно, более эффективно с ним взаимодействует. Четверть волновой отрезок со стороны образца имеет бесконечное сопротивление, в связи с этим метод носит название метода холостого хода.

Для такого положения уравнение (7) переписываем в виде:

(11)

 

Сочетание метода короткого замыкания и холостого хода дает еще одну возможность избежать решения трансцендентного уравнения. Перемножая (7) и (11), можно исключить гиперболическую функцию:

(12)

Практически это можно осуществить путем использования подвижного поршня, который в первом положении устанавливается вплотную к образцу, а во втором отодвинут от него на расстоянии .

Метод "бесконечного" слоя

В методе используется слой диэлектрика, условно названный "бесконечным". Толщина "бесконечного" слоя выбирается из условия полного затухания прошедшей волны. Соотношения, связывающие электрические характеристики диэлектрика с измеряемыми величинами, выражаются через элементарные функции при самом общем рассмотрении данной задачи.

(13)

где определяются из условия:

(14)

- входное сопротивление бесконечного образца, определяемое по измеренным значениям с помощью круговой диаграммы.

 

Метод волноводных мостов

Этот метод основан на измерении фазового сдвига и затухания волны, проходящей через заполненный исследуемым материалом участок волновода.

 

В данной схеме энергия генератора делится на две равные части, одна из которых идет в верхнее плечо моста, содержащего образец толщиной d. В другом плече находится калибровочный аттенюатор и фазовращатель, служащие для установления нулевого баланса индикаторного прибора.

Процесс измерения состоит в установлении нулевого баланса сначала без образца, а затем с образцом. Измеряемые величины, которые являются разностью соответствующих показаний фазовращателя и аттенюатора, позволяют вычислить действительную и мнимую части диэлектрической проницаемости материала образца.

Экспериментальная часть

Описание установки

Генератор СВЧ возбуждает электромагнитные волны в волноводе, в качестве которого используется волновод измерительной линии.

Чтобы измерительная линия, представляющая в режиме стоячей волны реактивную нагрузку, не влияла на работу генератора, она подключается через аттенюатор (отрезок волновода, в который погружается пластина, поглощающая СВЧ мощность). Измерение рекомендуется проводить в положении аттенюатора 10 дБ. Обычно генератор имеет собственный аттенюатор.

Исследуемый диэлектрик помещен в отрезок волновода. Положение максимума поля относительно диэлектрика регулируется короткозамыкателем.

 

Определение

Определение производится сочетанием методов холостого хода и короткого замыкания. При этом используется соотношение (12)

Для этого сначала берется пустой отрезок волновода, закорачивается пластиной. Затем измеряется длина волны в волноводе и координата любого максимума поля стоячей волны. После этого на месте пустого отрезка волновода ставится отрезок с диэлектриком известной толщины. Измеряется смещение максимума и коэффициент бегущей волны:

Смещение максимума и длины волны в волноводе позволяет определить:

Затем короткозамыкатель устанавливается на расстояние от образца, и измеряются те же параметры, что и в первом случае.

Таким образом, зная можно решить уравнение (12), что дает возможность определить .

 

Контрольные вопросы

1. Запишите уравнения Максвелла для диэлектрика.

2. Что такое комплексная диэлектрическая проницаемость? Каков ее физический смысл.

3. Что такое ?

4. Каков критерий разделения сред на проводники и диэлектрики?

5. Охарактеризуйте методы измерения диэлектрической проницаемости?

6. В чем отличие метода полного заполнения сечения волновода от методов короткого замыкания и холостого хода?

7. Охарактеризуйте достоинства метода волноводных мостов.

8. В каких случаях удобен метод "бесконечного слоя".

9. Опишите установку и используемую методику определения диэлектрической проницаемости.

Литература:

1. Григорьев А.Д. Электродинамика и техника СВЧ. – М.В.Ш.,1990.

2. Брандт А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. М. Физматгиз, 1963.

3. Описание измерительной линии.