В.Н. Егоров1, Ле Куанг Туен2

1 Восточно-Сибирский филиал ВНИИФТРИ (г. Иркутск, Россия)

2 ИрНИТУ (г. Иркутск, Россия)

Постановка проблемы. Характеристики радиотехнических устройств и систем во многом зависят от применяемых в них диэлектрических материалов. В радиочастотных кабелях, антенных обтекателях, подложках микросхем и других изделиях используют материалы с невысоким значением относительной диэлектрической проницаемости и малыми значениями тангенса угла диэлектрических потерь, для измерения которых необходим высокодобротный измерительный резонатор. Резонаторы с сосредоточенными параметрами не обеспечивают требуемой добротности. Габаритные размеры объемных резонаторов с распределенными параметрами в дециметровом диапазоне волн оказываются неприемлемо большими, как и размеры образцов для измерения. Коаксиальный резонатор с «укорачивающей» емкостью (зазором в центральном электроде) обладает компактными размерами в дециметровом диапазоне, имеет добротность до 104 и допускает использование дисковых измеряемых образцов унифицированных размеров. На практике необходим резонатор с регулируемым емкостным зазором. Регулирование высоты зазора в резонаторе достигается за счет деформации торцевой стенки-мембраны с электродом.

Цель. Провести численное и экспериментальное исследования коаксиального резонатора с измерительным зазором.

Результаты. Экспериментально исследованы характеристики коаксиального резонатора с емкостным измерительным зазором в центральном электроде, а также их соответствие результатам численного моделирования и расчета в квазистационарном приближении. Определены внутренние размеры резонатора по специальной процедуре с погрешностью не более 0,01 мм. Показано, что коническая деформация стенки-мембраны при перестройке резонатора может быть учтена в расчетах и при численном моделировании путем изменения эффективной высоты резонатора с плоскими торцевыми стенками. Рассмотрен резонатор с незаполненным измерительным зазором и диэлектрическим образцом в зазоре. Приведены результаты численного моделирования резонатора, аппроксимации его характеристик и проведено сравнение расчетных данных с экспериментально полученными. Представлены результаты численного моделирования зависимости резонансной частоты от значений диэлектрической проницаемости  диска в измерительном зазоре. В результате численного исследования влияния периферийной области диэлектрического диска за пределами центральных электродов установлено, что при отношении диаметров образца и электрода более 1,3 это влияние становится несущественным. Рассмотрена возможность исключения влияния остаточных микрозазоров и повышения точности измерения в резонаторе.

Практическая значимость. Перспективным путем повышения точности измерения диэлектрических параметров в коаксиальном резонаторе с измерительным зазором представляется размещение образца между электродами с известными (заданными) зазорами по обеим поверхностям образца.

Егоров В.Н., Ле Куанг Туен. Численное и экспериментальное исследования коаксиального резонатора с измерительным зазором // Радиотехника. 2022. Т. 86. № 6. С. 141-150. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202206-17

1. Baker-Javis J., Riddle B.F. Dielectric Measurement using a reentrant cavity: Mode-matching analysis // NIST Technical Note 1384. Nov. 1996.
2. Penaranda-Foix F.L., Catala-Civera J.M., Canos-Martin A.J., Garcia-Banos B. Circuital analysis of a coaxial re-entran cavity for performing dielectric measurement // Microwave Symposium Digest (2009 MTT ’09) // IEEE MTT-S International. Boston MA. 2009. Р. 1309-1312.
3. Marques-Villarroya D., Penaranda-Foix F.L., Garcia-Banos B., Catala-Civera J.M., Gutierrez-Cano J.D. Analysis of an Overmoded Re-entrant cavity // Proccedings of the 47th European Microwave Conference. Nuremberg Germany. 2017. Р. 440-443.
4. Егоров В.Н., Зуев Я.О., Костромин В.В., Ле Куанг Туен, Романов Б.С. Измерение малых диэлектрических потерь полимерных материалов в дециметровом диапазоне волн // Кабели и провода. 2017. Т. 368. № 6. С. 12-14.
5. Yasushi Kanai, Tsukamoto T., Miyakawa M., Kashiwa T. Resonant frequency analysis of reentrant resonant cavity by using FEM and FD-TD method // IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques. July 2000. V. 36. № 4. Р. 1750-1753.
6. Yabuhara T., Kato K., Tsuchiya K., Shigihara T., Shindo Y., Iwazaki R., Uzuka T., Fujii Y., Takahashi H. Finite element analysis of the re-entrant type resonant cavity applicator for brain tumor hyperthermia // 2007 29th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Lyon. 2007. Р. 3540-3543.
7. Kazuki Watanabe, Misunori Kubo, Kazuo Kato, Yasuhiro Shindo, Hiromasa Kurosaki, Kenji Takahashi. Heating Properties of Resonant Cavity Applicator for Treating Rheumatoid Arthritis by Using 3-D FEM Knee Model // 7th International Symposium on Medical Information and Communication Technology (ISMICT). 2013. Р. 238-241.
8. ГОСТ 27496.1-87, ГОСТ 27496.2-87, (МЭК 377-1-73, МЭК 377-2-77) Материалы электроизоляционные. Методы определения диэлектрических свойств на частотах свыше 300 МГц. С. 23. (МЭК: IEC 60377-2 Recommended methods for the determination of the dielectric properties of insulating materials at frequencies above 300 MHz. Pt. 2: Resonance methods. Р. 33).
9. Орлов С.И. Расчет и конструирование коаксиальных резонаторов. М.: Советское радио. 1970. 256 с.
10. Патент № 2680109 (РФ). Коаксиальный измерительный резонатор с цилиндрическим электродом и регулируемыми емкостным зазором. / Егоров В.Н., Ле Куанг Туен. 15.02.2019. Бюл. № 5.
11. Егоров В.Н., Токарева Е.Ю., Ле Куанг Туен. Измерение внутренних размеров сверхвысокочастотных объемных резонаторов // Измерительная техника. 2020. № 10. С. 65-72.
12. Егоров В.Н, Ле Куанг Туен. Новый подход к расчету двойного коаксиального резонатора // Известия вузов. Сер. Физика. 2021. Т. 64. № 6(763). С. 164-169.