Активная система измерения комплексной диэлектрической проницаемости функциональных материалов на основе резонатора ФабриПеро
- 1 Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (Санкт-Петербург, Россия)
Аннотация
Постановка проблемы. К диэлектрикам относятся газы, жидкие и аморфные вещества и большинство кристаллов. Основным физическим свойством, объединяющим такие различные по своей физической природе вещества, является их особое поведение в электрическом поле. Под влиянием электрического поля в диэлектриках происходит смещение электрических зарядов - поляризация и, практически, отсутствует перемещение этих зарядов - электропроводность. Электрические свойства диэлектриков описывает комплексная диэлектрическая проницаемость. Проводя измерения параметров диэлектрика, можно делать выводы о его составе, физических свойствах и условиях, в которых он находится. Разработка новых методов контроля, к которым относится и диэлектрометрия, требует новых исследований.
Цель. Предложить методику построения активной измерительной системы на основе резонатора Фабри-Перо, содержащей неоднородные включения, для обеспечения единого подхода к исследованию диэлектрической проницаемости включений с требуемой точностью.
Результаты. Представлена автогенераторная измерительная система на основе открытого резонатора Фабри-Перо в цепи обратной связи твердотельного усилителя микроволнового диапазона для измерения динамики нестационарных изменений диэлектрической проницаемости функциональных материалов. Изучено влияние размеров и положения кюветы с исследуемым веществом в объеме квазиоптического резонатора на характеристики измерительного резонатора. Разработана кювета для заполнения порошкообразным веществом. Проведено математическое моделирование с целью оптимизации параметров открытого резонатора с кюветой по критерию максимальной крутизны преобразования изменений диэлектрической проницаемости в изменение резонансной частоты открытого резонатора. Проанализированы причины нестабильности резонансной частоты резонаторов типа Фабри-Перо и предложен способ термостабилизации такого резонатора с целью проведения прецизионных измерений диэлектрической проницаемости резонаторным методом.
Практическая значимость. Разработанный подход позволяет исследовать механизмы потерь в квазиоптических генераторах, которые приводят к снижению добротности колебательной системы генератора и к снижению чувствительности построенной на его основе активной измерительной системы.
- Поступила
- 15.05.2023
- Одобрена
- 19.05.2023
- Принята
- 26.05.2023
Для цитирования
Братухин И.Ю. Активная система измерения комплексной диэлектрической проницаемости функциональных материалов на основе резонатора Фабри-Перо // Радиотехника. 2023. Т. 87. № 6. С. 50-61. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202306-06
Список источников
- Вайнштейн Л.А. Открытые резонаторы и открытые волноводы. М.: Советское радио. 1966. 475 с.
- Clarke R.N., Rosenberg C.B. Fabry-Perot and open resonators at microwave and millimetre wave frequencies, 2-300 GHz // J. Phys. E.: Sci. Instrum. 1982. № 15. Р. 9-24.
- Cullen A.L. Millimeter-Wave Open-Resonator Techniques // Infrared and Millimeter Waves. V. 10. Millimeter Components and Techniques. Part II. Academic Press, INC. / Ed. by K.J. Button. 1983. Р. 233-281.
- Аймера Р.К., Бэечелор Д.Б., Моди Д.К., Лашински Г. Измерения на СВЧ с помощью активных систем // ТИИЭР. № 1. 1974. С. 144-155.
- Литвиненко О.Н. Основы радиооптики. Киев: Техніка. 1974. 208 с.
- Андросов В.П., Велиев Э.И., Вертий А.А. Поляризационные и спектральные характеристики открытых резонаторов с внутренними неоднородностями // Известия вузов. Сер. Радиофизика. 1982. Т. 25. № 3. С. 318-328.
- Gubin A.I., Barannik A.A., Cherpak N.T., Protsenko I.A., Pud S., Offenhäusser A., Vitusevich S.A. Whispering-Gallery-Mode Resonator Technique with Microfluidic Channel for Permittivity Measurement of Liquids // IEEE Trans. on MW Theory and Tech. 2015. V. 63. № 6. P. 2003-2009.