В.П. Крылов1

1 АО «ОНПП «Технология» им А.Г. Ромашина» (г. Обнинск, Россия)

1 info@technologiya.ru

Постановка проблемы. С помощью анализа спектра резонансных частот объемного волноводного резонатора можно определять размеры его внутренней полости, что особенно важно для методов измерения диэлектрических свойств материалов на сверхвысоких частотах. В известных на сегодняшний день литературных источниках для определения размеров внутренних полостей используются соседние частоты резонансных колебаний одного типа, однако процедура установления типа колебания не приводится. Следовательно, определение внутренних размеров полостей объемных резонаторов по амплитудному спектру коэффициента передачи с использованием резонансных частот различных типов колебаний является актуальной задачей.

Цель. Предложить алгоритм анализа спектра резонансных частот коэффициента передачи объемного волноводного резонатора для определения типов колебаний, соответствующих резонансным частотам, а также уточнить значения геометрических размеров полостей с использованием соседних резонансных частот различных типов колебаний в широкой полосе частот из частотного спектра амплитудного коэффициента прохождения через резонатор.

Результаты. Представлен алгоритм определения типов колебаний для частот резонансов в спектре с использованием электродинамической модели структуры полей в полости резонатора с идеально проводящими стенками на примере цилиндрического объемного волноводного резонатора, а также найдены размеры этой полости путем сравнения выполнения условий для резонансов на разных частотах, соответствующим различным типам колебаний. Показано, что применение этого алгоритма позволяет повысить не только точность вычисления радиуса и длины внутренней полости цилиндрического резонатора, но и точность определения диэлектрической проницаемости в резонаторе. С помощью анализа спектра резонансных частот объемного волноводного резонатора с введенным диэлектрическим образцом проведена оценка точности определения диэлектрической проницаемости материала образца при фиксированной длине резонатора для различных типов колебаний с различной добротностью. Установлено, что высокая добротность резонансных колебаний основного типа, соответствующая выбранной конструкции резонатора, не гарантирует высокую точность определения диэлектрической проницаемости образца испытуемого материала.

Практическая значимость. Проведенный анализ спектра резонансных частот объемного волноводного резонатора с образцом диэлектрического материала показал невысокую точность измерения диэлектрической проницаемости методом фиксированной длины в устройстве с подвижным поршнем при использовании резонансных частот, соответствующих различным типам колебаний, из чего следует, что для таких измерений необходимо применять специально сконструированные резонаторы.

Крылов В.П. Анализ спектра резонансных частот объемного волноводного резонатора // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 4.
С. 112−120. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202404-11

1. Егоров В.Н., Токарева Е.Ю., Ле Куанг Туен. Измерение внутренних размеров сверхвысокочастотных объемных резонаторов // Измерительная техника. 2020. № 10. С. 65-72.
2. Егоров В.Н. Резонансные методы исследования диэлектриков на СВЧ // Приборы и техника эксперимента. 2007. № 2. С. 5-38.
3. Егоров В.Н. Расщепление высших собственных значений круглого волновода при слабой эллиптической деформации //
   Радиотехника и электроника. 1997. Т. 42. № 6. С. 686-690.
4. Литовченко А.В., Игнатенко Г.К. Некоторые аспекты метрологического обеспечения измерения диэлектрических свойств материалов на сверхвысокой частоте в интервале температур 20-1200 °С // Заводская лаборатория. 2010. Т. 76. № 8. С. 66-69.
5. Крылов В.П. Измерение диэлектрических свойств диоксида кремния на частоте 1010 ГГц при нагреве до 1200 °С в цилиндрическом волноводном резонаторе // Заводская лаборатория. 2007. Т. 73. № 9. С. 47-49.
6. Крылов В.П. Учет погрешностей определения диэлектрической проницаемости методом волноводного резонатора // Метрология. 1994. № 5. С. 33-36.
7. Егоров В.Н., Кащенко М.В., Онхонов Р.Р. Точность диэлектрических измерений в объемном цилиндрическом Н01р резонаторе // Измерительная техника. 2003. № 10. С. 41-45.
8. Литовченко А.В. Особенности методики обработки результатов точных измерений ε и tgδ на СВЧ при нагреве образца // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2004. Т. 70. № 4. С. 31-36.
9. Литовченко А.В. Высокоточный СВЧ-измеритель ε и tgδ нагреваемых образцов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2002. Т. 68. № 10. С. 35-38.
10. Литовченко А.В., Игнатенко Г.К. Влияние остаточного электрического зазора между образцом и поршнем резонатора при измерении диэлектрических характеристик материалов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2012. Т. 78. № 11. С. 36-40.
11. Певнева Н.А., Гурский А.Л., Кострикин А.М. Метод свободного пространства с использованием векторного анализатора цепей для определения диэлектрической проницаемости материалов на сверхвысоких частотах //. Доклады БГУИР. 2019. № 4. С. 32-39.
12. Дьяконова О. А., Казанцев Ю. Н., Каленов Д.С. Измерительный комплекс для определения электромагнитных характеристик материалов резонансным методом с помощью скалярных анализаторов цепей // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2017. № 7. http://jre.cplire.ru/jre/jul17/7/text.pdf.
13. Фомин Д.Г., Дударев Н.В., Даровских С.Н. Анализ методов измерения диэлектрических свойств материалов в СВЧ-диапазоне длин волн // Журнал радиоэлектроники. [электронный журнал]. 2021. № 6. С. 1-12. DOI/org/10.30898/1684-1719.20216.6.
14. Li E., Nie Z., Guo G., Zhahg Q. Broadband measurements of dielectric properties of low-loss materials at high temperatures using circular cavity method // Progress In Electromagnetics Research. 2009. PIER 92. С. 103-120.
15. Егоров В.Н., Ли Куанг Туен. Численное и экспериментальное исследование коаксиального резонатора с измерительным зазором // Радиотехника. 2022. Т. 86. №6. С. 141-150. DOI: https //doi org/10.18127/j00338486-202206-17.