Моделирование внешнего канала в радиоволновых методах измерения параметров диэлектриков

• Автор: Марченко, Максим Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18, 05.11.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 181 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. РАДИОВОЛНОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ 1О ДИЭЛЕКТРИКОВ

1.1. Измерение параметров диэлектриков на СВЧ. Общие сведения

1.2. Основные принципы расчта диэлектрической проницаемости в радиоволновом методе

1.3. Структура установок радиоволнового метода измерения диэлектрической проницаемости

1.4. Антенная система внешнего измерительного канала установки радиоволнового метода

1.5. Методическая погрешность измерения, обусловленная зоной Френеля антенн внешнего измерительного канала и возможные

пути е снижения

1.6. Постановка задач исследования

Выводы
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАДИОВОЛНОВОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
2.1. Особенности моделирования
2.2. Модель измерительной апертурной антенны
2.3. Модель поля при падении сферической волны точечного источника на плоский слой диэлектрической среды
2.4. Падение волн, излучаемых апертурной антенной, на плоский диэлеюрический лист в зоне Френеля
2.5. Модель измерительной системы
2.6. Полная математическая модель внешнего канала
Выводы
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВНЕШНЕГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КАНАЛА УСТАНОВКИ РАДИОВОЛНОВОГО МЕТОДА
3.1. Общие сведения о машинном моделировании
3.2. Вычислительная машина и программное обеспечение для моделирования внешнего измерительного канала радиоволнового метода
3.3. Моделирование внешнего измерительного канала с рупорными антеннами
3.4. Результаты моделирования внешнего измерительного канала установки радиоволнового метода с рупорными антеннами
3.5. Моделирование внешнего измерительного канала установки 0 радиоволнового метода с рупорными антеннами для некоторых
случаев
3.6. Моделирование внешнего измерительного канала установки 4 радиоволнового метода с фокусирующими антеннами
Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВНЕШНЕГО 2 ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО КАНАЛА РАДИОВОЛНОВОГО МЕТОДА
4.1. Назначение экспериментальных исследований
4.2. Экспериментальные измерительные установки радиоволнового 3 метода
4.3. Принципы работы 8мм измерительной установки 1 радиоволнового метода
4.4. Антенны внешнего измерительного канала установки 0 радиоволнового метода
4.5. Конструкция 8мм измерительной установки радиоволнового 8 метода
4.6. Экспериментальные исследования внешнего измерительного 1 канала установки радиоволнового метода
4.7. Сравнение результатов математического и физического 8 моделирования
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Материалы третьего класса исследуются радиоволновым методом. Измерение параметров материалов четвртого класса на сегодня не имеет чткой теоретической базы, поэтому в большинстве случаев возможна лишь их качественная оценка. Температурные зависимости свойств диэлектриков наиболее близко к реальным условиям позволяет измерять радиоволновый метод, однако, при температурных измерениях погрешность любого метода в некоторых случаях может становиться недопустимой. При волноводном методе измерения основным требованием к исследуемому материалу является его однородность. Наличие неоднородностей приводит к возбуждению в волноводе волн высших типов, что эквивалентно включению в линию реактивных сопротивлений. Непредсказуемое изменение реактивного сопротивления может существенно искажать результат измерения. Информацию об электродинамических свойствах образца в волноводном методе можно извлекать из значения длины волны, распространяющейся в диэлектрике, или из значения критической длины волны заполненного диэлектриком волновода, или из значения коэффициента стоячей волны. Тщательно обработанная пластинка образца помещается какимлибо образом в отрезок волновода, который называется волноводным датчиком, после чего происходит измерение 2, 7. Погрешность метода при измерении параметров диэлектриков первого класса не хуже 3. Для материалов других классов теоретическое описание измерений не проработано. Главное требование к образцу исследуемого материала в резонансном методе заключается в высокой точности обработки его поверхности. В этом методе информация о параметрах диэлектрика извлекается или из отношения мощности, проходящей через пустой резонатор и мощности, проходящей через резонатор с исследуемым материалом, или из резонансной частоты и коэффициента отражения открытого резонатора. При измерениях обработанный материал помещается в резонатор или сам по себе представляет резонатор. Метод позволяет проводить измерения с высокой точностью для материалов первого и второго классов погрешность не хуже 1 при измерении диэлектрической проницаемости и не хуже при измерении тангенса угла потерь. Для материалов всех классов предъявляется высокое требование по их однородности. Метод имеет хорошо разработанную теорию для разных материалов 2, 6, 7, . Образец для измерения радиоволновым методом должен иметь поперечные размеры в 5. Требования к обработке поверхности и однородности материала у радиоволнового метода самые низкие по сравнению с волноводным и резонаторным методами. Измерения происходят при размещении материала образца между измерительными антеннами прибора. Погрешность метода не хуже 5 при измерении диэлектрической проницаемости и не хуже при измерении тангенса угла потерь. Теория метода разработана в предположении размещения образца материала в дальней зоне измерительных антенн 7,,. Для наглядности сравнения методов, общие сведения приведены в табл. В таблице качественно описаны однородность и чистота поверхности материала. Качество разработанной теории метода сопоставляется в строке Теория. Таблица 1. Погрешность измерения е 1 3. Погрешность измерения 8 Ю. Как видно из общих характеристик методов, наибольшей точностью обладает резонаторыый метод, точность радиоволнового метода немного хуже волноводного. В резонаторном и волноводном методах требования к механической обработке довольно жсткие. Это связано с сильной зависимостью погрешности измерения от точности обработки. Уже небольшие неточности неровности, шероховатости приводят к изменению коэффициента отражения или резонансной частоты, а значит и к изменению конечного результата измерения. В радиоволновом методе, в отличие от резонаторного и волноводного методов, дополнительная механическая обработка материала образца не требуется. Таким образом, радиоволновый метод позволяет проводить измерения практически с произвольным материалом при любых воздействиях на него за счт разнесения измерительных антенн и образца. Поэтому метод не имеет конкуренции при проведении динамических измерений, например, с температурным воздействием или в среде плазмы.