Устройство для измерения показателя преломления искусственных диэлектриков (его варианты)

Устройство для измерения показателя преломления искусственных диэлектриков (его варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Устройство для измерения показателя преломпения искусственных диэлектриков, содержащее СВЧ-генератор и регистратор, соединенные соответственно с передающей и приемной антеннами для оазмещения между ними образца исследуемого искусственного диэлектрика, при этом приемная и передакнцая антенны установлены с возможностью осевого перемещения , отличающеес я тем, что, с целью повышения точности измерений , образец исследуемого искусственного диэлектрика выполнен в форме двояковыпуклой фокусирующей линзы, размещенной от приемной антенны на расстоянии г, определяемом из условия г 1 А г где D - диаметр образца исследуемого искусственного диэлектрика , Л - длина рабочей волны. о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК

7070 А

6% OD, e, 01 и 27/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2836672/18-09 (22) 02.11.79 (46) 07.08.84. Бюл. М - 29 (72) А.С.Трофимов и A.3.Фрадин (71) Ленинградский электротехнический институт связи им. проф.

М.А.Бонч-Бруевича (53) 62 1.317.335.3 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР к- 334511, кл. Q 01 N 22/04,,1970.

2, Казанский В.В. и др. Теоретические и экспериментальные исследования свойств искусственных металлодиэлектриков. — ЖТФ, т. 40, 1970, У 3, с. 631-641 (прототип) . (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ IIPEJIOMJIEHHJI ИСКУССТВЕННЫХ

ДИЭЛЕКТРИКОВ (ЕГО ВАРИАНТЫ). (57) 1. Устройство для измерения показателя преломпения искусственных диэлектриков, содержащее СВЧ-генератор и регистратор, соединенные соответственно с передающей и приемной антеннами для оазмещения между ними образца исследуемого искусственного диэлектрика, при этом приемная и передающая антенны установлены с возможностью осевого перемещения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, образец исследуемого искусственного диэлектрика выполнен в форме двояковыпуклой фокусирующей линзы, размещенной от приемной антенны на расстоянии r определяемом из условия рг г (1 где D — - диаметр образца исследуемого искусственного диэлектрика, . — длина рабочей волны.

2. Устройство для измерения показателя преломления искусственных диэлектриков, содержащее СВЧ-генератор и регистратор, соединенные соответственно с передающей и приемной антеннами для размещения между ними образца исследуемого искусственного диэлектрика, при этом приемная и передающая антенны установлены с возможностью осевого перемещения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, образец исследуемого искусственного диэлектрика выполнен в виде плосковыпуклой фокусирующей линзы, обращенной плоской стороной к приемной антенне и размещенной на расстоянии

gz

x ) — от приемной антенны, при этом приемная антенна установлена с возможностью перемещения в направлении перпендикулярном ее оси.

Изобретение относится к технике измерений на сверхвысоких частотах и может быть использовано для исследования физических свойств веществ, например для измерения показателя преломления искусственных диэлектриков, являющихся основой устройств преломления или дифракции излучаемых электромагнитных волн, в частности призм и линз.

Известно устройство для измерения свойств материалов, содержащее генератор СВЧ, включенный на вход двухканальной измерительной схемы, в один из каналов которой включены приемная и передающая антенны и расположенный между ними образец материала, а в другой канал — измерительные и компенсационные аттенюаторы и фазовращатели.

Указанное устройство позволяет определять параметры материала на основе учета изменения интенсивности электромагнитных СВЧ-волн, проходящих через образец ) 1).

Однако данное устройство не позволяет измерять показатель преломления искусственных диэлектриков.

Наиболее близким техническим решением к изобретенью является устройство для измерения показателя преломления искусственных диэлектриков, содержащее СВЧ-генератор и регистратор, соединенные соответственно с передающей и приемной антенной для размешения между ними образца искусственного диэлектрика, при этом приемная и передающая антенны установлены с возможностью осевого перемещения 2 ).

Для достижения цели в устройстве для измерения показателя преломления искусственных диэлектриков. содержаgp щем СВЧ-генератор и регистратор. соединенные соответственно с передающей и приемной антеннами для размещения между ними образца исследуемого искусственного диэлектрика, при этом приемная и передающая

35 антенны установлены с возможностью осевого перемещения, сГразец исс.зедуемого искусственного диэлектрик:< выполнен в форме двояковыпуклой

40 фокусируюшей линзы, размещенной от

Однако известное устройство позволяет определять показатель преломления лишь по результатам измерения фазовых характеристик отраженной и прошедшей волн. При этом отсутствует возможность сравнения результатов измерений с результатами, полученными на основе определения каких-либо других характеристик электромагнитного поля, что отрицательно сказывается на точности измерений.

Образец в форме параллелепипеда, используемый в известном устройстве должен достаточно хорошо имитировать неограниченный плоскопараллельный слой исследуемого материала. Это обстоятельство определяет значительные размеры образца и существен20 ную трудоемкость его изготдвления, связанную с выполнением большого числа элементов искусственной диэлектрической структуры.

Цель изобретения — повышение точ25 ности измерений. !

11О7О7О приемной антенны на расстоянии r, определяемом из условия

25

Пг

r (—

Л где D — диаметр образца 5 исследуемого искусственного диэлектрика, длина рабочей волны (фиг.1), либо образец исследуемого искусственного диэлектрика выполнен в виде плосковыпуклой фокусирующей линзы, которая обращена плоской стороной к приемной 55 антенне и размещена на расстоянии рг

r > — от приемной антенны, при

D2

r (Л где D — диаметр образца исследуемого искусственного диэлектрика, — длина рабочей волны.

В устройстве для измерения показателя преломления искусственных диэлектриков образец исследуемого искусственного диэлектрика выполнен в виде плосковыпуклой фокусирующей линзы, обращенной плоской стороной к приемной антенне и размещенной на рг расстоянии r > — от приемной антенЛ ны, при этом приемная антенна установлена с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном ее оси.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства для измерения показателя преломления искусственных диэлектриков, на фиг. 2 — структурная электрическая схема варианта устройства для измерения показателя преломпения искусственных диэлектриков.

Устройство для измерения показателя преломления искусственных диэлектриков содержит СВЧ-генератор 1 и регистратор 2, соединенные соответственно с передающей и приемной антеннами 3 и 4 для размещения меж- 35 ду ними образца 5 исследуемого искусственного диэлектрика, при этом приемная 4 и передающая 3 антенны установлены с возможностью осевого перемещения, причем образец 5 иссле- 40 дуемого искусственного диэлектрика выполнен в форме двояковыпуклой линзы, которая размещена от приемной антенны 4 на расстоянии r, опре- деляемом из условия этом приемная антенна установлена с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном ее оси .

Устройство для измерения показателя преломления .искусственных диэлектриков работает следующим образом.

При включении СВЧ-генератора 1

СВЧ-энергия излучается передающей антенной 3 в направлении образца 5. при этом излучаемое электромагнитное поле в области между передающей антенной 3 и образцом 5 существует в виде сферически расходящихся волн.

При прохождении этих волн через образец 5 исследуемого искусственного диэлектрика в виде двояковыпуклой либо плосковыпуклой фокусирующей линзы происходит изменение волнового фронта таким образом, что в области между образцом 5 и приемной антенной

4 поле имеет характер сферически сходящихся волн, принимаемых приемной антенной 4, подключенной на вход регистратора 2. Последняя при перемещении приемной 4 и передающей 3 антенн с помощью механизмов 6 и 7 регистрирует характеристики пространственного распределения электромагнитного поля, обусловленного совокупным действием передающей антенны

3 и образца 5 в форме двояковыпуклой либо плосковыпуклой фокусирующей линзы.

При использовании образца в виде двояковыпуклой фокусирующей линзы (фиг.1) устройство позволяет снимать распределение электромагнитного поля путем синхронного осевого перемещения приемной 4 и передающей 3 антенн в противоположных направлениях симметрично относительно образца. Указанные распределения характеризуются наличием ряда чередующихся минимумов и максимумов (в том числе и фокального максимума), положение которых на оси расстояний указывает действительное фокусное расстояние f образца 5. Поскольку линза-образец

5 изготавливается в расчете на некоторый заданный показатель преломления и например по приближенным формулам, и некоторое заданное фокусное расстояние с f то использование предлагаемого устройства позволяет определить отличие hf действительного фокусного расстояния от расчетного. т.е. df

По этой величине рассчитывается дп—

1107070

Д n = 4 f

Фиг. 2 П7111717171 Заказ 5752/31 ТиРаж 711 Попппожое филиал HOG Патент,, г.Ужгород, ул.Проектная, 4 разность между действительным показателем преломления и первоначально принятым в расчете, для чего используется соотношение

Данные о положении выше упомянутых минимумов и максимумов, которые могут быть получены при использова- 10 нии предлагаемого устройства, обеспечивают определение и независимо от условий облучения образца 5. . Устройство также дает возможность снимать поперечные распределения 15 поля путем перемещения приемной ан- тенны 4 перпендикулярно оси системы при различных, но равных между собой расстояниях от линзы до передающей антенны 3 и от линзы до плоскос- 20 ти перемещения приемной антенны 4.

В отличие от предыдущего в этом случае действительное фокусное расстояние определяется по семейству снятых графиков поперечного распреде- 25 ления как расстояние, соответствующее наиболее глубокому "провалу" между центральным лепестком поперечного распределения и первым боковым.

При использовании образца 5 в виде плосковыпуклой фокусирующей линзы (фиг.2) предлагаемое устройство позволяет снимать диаграммы направленности (ДН) образца 5 для различных положений передающей антенны 3 на оси системы. В этом случае действительное фокусное расстояние f, а следовательно, и искомая величина и определяются тем положением передающей антенны 3, которое соответствует наиболее узкой ДН. С целью более точного измерения и определение

f может быть основано и на сравнении уровней характерных изгибов (горбов) экспериментальных ДН и ДН, предварительно полученных для разных f расчетным путем.

Использование в предлагаемом устройстве образцов разной формы дает разнообразие подходов к определению показателя преломления Ь . Вместе с тем переход от одной формы образца к другой не увеличивает объема подготовительной работы, так как плосковыпуклые фокусирующие линзы могут быть получены разделением двояковыпуклых по экваториальной плоскости.

Возможность определения и путем исследования разнообразных характеристик пространственного распределения электромагнитного поля обеспечивает выокую точность измерения путем сопоставления данных различных подходов.

Выполнение образца искусственного диэлектрика в виде фокусирующей линзы дает возможность уменьшить по сравнению с известным устройством его необходимый объем, а также количество элементов, образующих искусственную диэлектрическую структуру образца. Это снижает трудоемкость процесса выполнения искусственной диэлектрической структуры и упрощает подготовку образца к измерениям.