Способ измерения компонент тензоров электрической и магнитной проницаемостей гиротропных сред

Способ измерения компонент тензоров электрической и магнитной проницаемостей гиротропных сред

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

X. 1ЯЫО, Класс 21е, 361о

21е, 371о

СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М. А. Гинцбург

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОМПОНЕНТ ТЕНЗОРОВ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ

ГИ РОТРО П НЪ|Х СРЕД

Заявлено 10 марта 1953 г. за ¹ 576649/24 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Опубликовано в «Бюллетене изобретений» № 15 за 1959 r.

Предметом изобретения является способ определения всех компонент тензоров электрической е;,. и магнитной 1;,. проницаемости гиротропных сред (ферриты, электронная и ионная плазма в магнитном поле и т. д.) с помощью цилиндрического резонатора (эндовибратора).

Особенность предлагаемого способа заключается в том, что в резонаторе (как без образца, так и с образцом) поочередно возбуждаются нормальные колебания с эллиптической поляризацией, при которых электрический и магнитный векторы в каждой точке объема резонатора вращаются в плоскости, перпендикулярной оси резонатора. Искомые значения комплексной электрической .проницаемости =-,-,. и комплексной магнитной проницаемости р;„вычисляются из данных измерения сдвига резонансных частот и измерения добротности эндовибратора при внесении в него испытуемого образца.

Образцы исследуемого гиротропного материала могут иметь различную форму. Однако практически при измерениях в цилиндрическом резонаторе наиболее удобен образец в виде круглого цилиндра. Поэтому в основу дальнейшего описания предлагаемого способа положено применение такого образца. Измерения проводятся следующим образом. Сначала колебания возбуждаются в эндовибраторе, не содержащем образца. При этом измеряются резонансная частота 0 = 2--/ и полуширина полосы пропускания f, т. е. величина, обратная добротности эндовибратора.

Затем в эндовибратор вносят образец и измеряют новые значения этих величин и / .. По измеренным таким путем смещению резо№ 121510 напсной частоты t=t» и расширению Aof=- / — полосы про пускания вычисляют компоненты тензора магнитной (для ферритов) и электрической (для плазмы) проницаемостей.

В качестве примера описывается схема измерений указанным способом магнитной проницаемости ферритов. Формулы для вычисления приводятся для частного случая образца в виде цилиндра, радиус которого много меньше длины волны Х в материале образца, т. е. справедливо квазистатическое приближение.

Намагниченный феррит представляет собой гиротропную среду и описывается тензором магнитной проницаемости: о о

1 ( ь (В выражении 1 принято, что ось oz параллельна внешнему магнитноMtt/ IIOJI30 Hp) .

Все три диагональных элемен1» тензора, „ //,,/; — комплексные

ВЕЛИЧИНЫ:

Для измерения,,, р „р", и ",, изготавливается эндовибратор, рассчитанный на колебание типа Н»ь и производятся три измерения.

B этом резонаторе, пока пустом, без образца, возбуждается (через отверстие в центре его основания) колебание Нп1 и измеряются резонансная час1ота этого колебания и полуширина полосы пропускания

8 i (опыт 1) .

В резонатор по его оси помещают исследуемый образец, снова возбуждают колебание Н11ь но уже эллиптически поляризованное с правым аправлением вращения, .и измеряют резонансную частоту < + и полуширину полосы пропускания резонатора с образцом of (опыт 2).

Из этих двух опытов вычисляют вызванное образцом смещение резонансной частоты и расширение полосы пропускания:

До = <о - — в; Ь%- of --pf (2)

Затем в резонаторе с образцом возбуждается эллиптически поляризованное колебание типа Httt с левым вращением и измеряются резонансная частота О> и полуширина полосы пропускания "/ (опыт 3).

Далее вычисляют вызванные образцом смещение резонансной частоты и расширение полосы пропускания:

Q(Ops= о> - — м; 50f = с — pf. (з)

Направление вращения определяется относительно внешнего статическОГО намагничивающего пОля Hp. Поэтому для ТОГО> чтобы перейти от схемы опыта 2 к схеме опыта 3, достаточно, не меняя возбуждения резонатора, изменить направление поля Но на обратное, например, переключением тока в обмотке электромагнита, создающего поле Hp.

Из данных всех трех опытов вычисляют /,,р"„р ... " по следуюгцим расчетным формулам:

¹ 121510 з — 1

2 (4) До) — 1 о) S —. Л. (i) =- -- 1

До(4 =-" (= i)

4 =-"

Р))= (5) (5-;А

Знак плюс между первым и вторым слагаемыми соответствует р,; знак минус — (), ()" . Через А и 5 обозначены величины:

У2, (К, P) ((К, R) — 1)

А — 2 где )() (КОЛ) — бесселева функция первого порядка, Кф — собственное число резонатора без образца (1,(<()R)=0).

S=(), где С вЂ” скорость света, L высота резонатора. () 7., (6) 1- ; D (I) и "=" — действительная и мнимая части комплексной электрической проницаемости: =- = =- — =- . Величины =- и -" измеряются предварительно по смещению резонансной частоты и расширению полосы пропускания, создаваемыми образцом в резонаторе, рассчитанном на колебания типа E()() или Н)i .

Кроме указанного выше способа компоненты,;„могут измеряться еще одним независимым путем. Измерение двумя независимыми путями уменьшает вероятность экспериментальных ошибок. Этот второй способ измерения состоит в следующем. Изготовляют резонатор, рассчитанный на колебание типа Е))о, и измеряют вызванные образцом смещение резонансной частоты Л() и расширение полосы пропускания Л ()) отдельно для колебаний с правым и левым вращением. Из данных измерений вычисляют, 1, ((„р ., (((" по следующим расчетным формулам: № 121510 где знак плюс между первым и вторым слагаемыми соответствует,,.

4 I, (К, g) R - р",, знак минус — р", 1"; D — — ---- I где Ko Р— собственное число полого резонатора: Io (Ko Р) =О.

Диагональный элемент рз можно измерить, например, в резонаторе, рассчитанном на колебания типа Н ц.

1, - (К, R) . со в- ) Iç=1 +<о С - (8) К, где KpR определяется условием Io (KoR) =О.

Выше в качестве примера были описаны измерения в резонаторах с колебаниями типа FIiii, Нщi и Е,д. Однако все измерения можно проводить и с колебаниями иных типов, соответственно, и в других резонаторах, и при различных положениях образца. Тогда расчетные формулы

4 — 8 несколько изменят свой вид. Например, для колебания типа Н,„р величины А и в формулах 4 — 5 равны: (n!) In - (/(, Р,) (и - — (К, R) ) 2

2п, где In (KoR) = 0; S= Р ) Предмет изобретения

1. Способ измерения компопеHT тензоров электрической =-; и магнитной 1; проницаемостей гиротропных сред, отличающийся тем, что в цилиндрическом резонаторе в отсутствии и при наличии в нем испытуемого образца возбуждают колебания с правым и левым направлением вращения плоскости поляризации и из данных измерения сдвига резонансных частот и изменения добротности резонатора, обусловленных внесением в него указанного образца, вычисляют искомые компоненты.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в резонаторе, кроме колебаний с правым и левым направлениями вращения плоскости поляризации, возбуждают колебания типа Н,„или Е„.

Измерение компонент тензора электрической проницаемости,, проводится аналогичным образом, например, в резонаторах с колебаниями Е„,, Fp ) и FI„o. В расчетных формулах 4 — 8 следует при переходе от 1; к =-;; произвести следующую замену: 1,,„. на,-.; =- на 1; а на — м;

1п на In ; In на 1п.

На бло"-схеме устройства для осуществления предлагаемого способа измерения компонент тензоров диэлектрической и магнитной проницаемости обозначено: 1 — образец; 2 — резонатор; 8 электромагнит; 4— клистрон; 5 — волномер; 6 — осциллограф; 7 — детектор; 8 — аттенюатор;

9 — усилитель.