RU2079144C1 - Device for measurement of complex reflection factor in quasi-optical sections - Google Patents
Device for measurement of complex reflection factor in quasi-optical sections Download PDFInfo
- Publication number
- RU2079144C1 RU2079144C1 RU94026120A RU94026120A RU2079144C1 RU 2079144 C1 RU2079144 C1 RU 2079144C1 RU 94026120 A RU94026120 A RU 94026120A RU 94026120 A RU94026120 A RU 94026120A RU 2079144 C1 RU2079144 C1 RU 2079144C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguides
- branching
- walls
- horn
- plane
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title abstract description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 5
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract description 13
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 12
- 239000010408 film Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000005388 cross polarization Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 3
- 239000010755 BS 2869 Class G Substances 0.000 description 2
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 2
- 229920004934 Dacron® Polymers 0.000 description 2
- 239000005041 Mylar™ Substances 0.000 description 2
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 2
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 2
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 2
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 2
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229920004936 Lavsan® Polymers 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерений параметров материалов в сантиметровом, миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн. The invention relates to a radio metering technique and can be used to measure material parameters in the centimeter, millimeter and submillimeter wavelength ranges.
Измерение комплексного коэффициента отражения R электромагнитного излучения в образцах различных материалов позволяет, с одной стороны, определить их электрофизические свойства, а с другой степень совершенства для использования в качестве поглощающих и радиопрозрачных сред в технике. Сопоставление расчетных значений диэлектрической и магнитной проницаемостей материалов с измеренными значениями дает возможность определить неоднородность свойств поверхности, дефектность, разнотолщинность, влагосодержание и другие характеристики изделий из этих материалов (1). Measurement of the complex reflection coefficient R of electromagnetic radiation in samples of various materials allows, on the one hand, to determine their electrophysical properties, and on the other hand, the degree of perfection for use as absorbing and radiolucent media in engineering. A comparison of the calculated values of the dielectric and magnetic permeabilities of materials with the measured values makes it possible to determine the heterogeneity of surface properties, imperfection, thickness variation, moisture content and other characteristics of products made from these materials (1).
Для измерения комплексного коэффициента отражения используются измерительные тракты, работающие как "на прохождение", так и "на отражение". В обоих случаях регистрируются амплитудно-фазовые характеристики интерферометрическим методом. Интерференция возникает вследствие изменения расстояния между антенной и поверхностью исследуемого изделия, при сканировании поверхности из-за наличия дефектов или неоднородностей электромагнитных свойств материалов, а также при изменении частоты зондирующего излучения при неподвижном образце. Поскольку исследуемые среды могут менять плоскость поляризации регистрируемого электромагнитного излучения не только вследствие своей структуры, но также и из-за наличия дефектов, предусматриваются соответствующие средства для регистрации этого информационного параметра. To measure the complex reflection coefficient, measuring paths are used that work both “for transmission” and “for reflection”. In both cases, the amplitude-phase characteristics are recorded by the interferometric method. Interference occurs due to a change in the distance between the antenna and the surface of the investigated product, when scanning the surface due to the presence of defects or inhomogeneities in the electromagnetic properties of materials, as well as when the frequency of the probe radiation changes with a stationary sample. Since the studied media can change the plane of polarization of the recorded electromagnetic radiation not only due to their structure, but also because of the presence of defects, appropriate means are provided for recording this information parameter.
Известны устройства для измерения комплексного коэффициента отражения, работающие по схеме "на отражение" с использованием источника СВЧ энергии, подключенного через развязывающий элемент к узлу разделения излучаемого и принимаемого сигналов и рупорной антенне, используемой в совмещенном режиме. К узлу разделения излучаемого и принимаемого сигнала, который может быть выполнен в виде двойного волноводного тройника, направленного ответвителя и пр. подключены детектор и индикаторный прибор (1, с.200). Known devices for measuring the complex reflection coefficient, operating according to the "reflection" scheme using a microwave energy source connected through a decoupling element to the separation unit of the emitted and received signals and the horn antenna used in combined mode. A detector and an indicator device are connected to the separation unit of the emitted and received signal, which can be made in the form of a double waveguide tee, a directional coupler, etc. (1, p.200).
Некоторых недостатков, присущего упомянутому выше устройству (отсутствие средств для регистрации поляризационных характеристик и использование рупорных антенн, допускающих большой уровень паразитных сигналов, обусловленных переотражениями и неплоским фронтом волны и не позволяющих обеспечить высокое качество согласования антенного тракта) лишено устройство для измерения комплексного коэффициента отражения (а. с. СССР N 1617386 по кл. G 01 R 27/06, опубл. 1990). Some disadvantages inherent in the aforementioned device (lack of means for recording polarization characteristics and the use of horn antennas that allow a high level of spurious signals due to reflections and a nonplanar wavefront and do not allow for high quality matching of the antenna path) lacks a device for measuring the complex reflection coefficient (a (c. USSR USSR N 1617386, class G 01 R 27/06, publ. 1990).
Оно содержит ответвитель круговой поляризации, выполненный в виде прямоугольного разветвителя волноводов, генератора СВЧ, измеряемой нагрузки (испытуемого образца), детекторной секции и регистрирующего прибора. Ответвление энергии обеспечивается размещением в диагонали разветвления решетки из параллельных проводок. В качестве регистрирующего прибора используется измеритель поляризационной диаграммы. It contains a circular polarization coupler made in the form of a rectangular splitter of waveguides, a microwave generator, a measured load (test sample), a detection section and a recording device. Energy branching is provided by placing parallel lattice gratings on the diagonal of branching. A polarization meter is used as a recording device.
Известное устройство позволяет регистрировать несколько меньшие значения R порядка 45 дВ (для сравнения в устройстве (2) 30 дВ). Вместе с тем для ряда применений необходимо измерить еще более низкие значения коэффициента отражения. Их значение представляет значительный интерес, поскольку позволяет исследовать характеристики тонкопленочных материалов, а также контролировать степень совершенства материалов для безэховых камер СВЧ. The known device allows you to register slightly lower values of R of the order of 45 dV (for comparison, in the device (2) 30 dV). However, for a number of applications it is necessary to measure even lower reflectance values. Their value is of considerable interest, since it allows us to study the characteristics of thin-film materials, as well as to control the degree of perfection of materials for anechoic microwave chambers.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения комплексного коэффициента отражения, включающее четырехплечий прямоугольный разветвитель волноводов, в диагонали которого установлен направленный делитель мощности. К двум плечам разветвителя подключены преобразователи мод, к одному из которых через направленный ответвитель подключен СВЧ свип-генератор и первая детекторная секция к другому вторая детекторная секция. Преобразователи со стороны большего основания имеют две металлические пластины для коррекции поля. Обе детекторные секции подключены к индикаторному блоку. Схема реализует квазиоптические принципы построения измерительных трактов с использованием металлодиэлектрических волноводов и посуществу представляет собой интерферометр Майкельсона (2, V.N. Apletalin et al. New methods for the measurement of microwave and millimeter wave absorbind and radiotransparent materials, Proceedings of Joint 3rd International Conference on Electromagnetics in Aerospace Applications and 7th European Electromagnetic Structures Conference sept.14-17, 1993 - Politecnico Di Torino, Italy). The closest in technical essence and the achieved result is a device for measuring the complex reflection coefficient, including a four-arm rectangular waveguide splitter, in the diagonal of which a directional power divider is installed. Mode converters are connected to the two arms of the splitter, one of which is connected via a directional coupler to a microwave sweep generator and the first detector section to the other, the second detector section. The transducers on the larger base side have two metal plates for field correction. Both detector sections are connected to the indicator unit. The scheme implements the quasi-optical principles of constructing measuring paths using metal-dielectric waveguides and, in essence, is a Michelson interferometer (2, VN Apletalin et al. New methods for the measurement of microwave and millimeter wave absorbind and radiotransparent materials, Proceedings of Joint 3rd International Conference on Electromagnetics in Aerospace Applications and 7th European Electromagnetic Structures Conference sept. 14-17, 1993 - Politecnico Di Torino, Italy).
Такая схема позволяет расширить диапазон измеряемых коэффициентов отражения в сторону малых значений, характеризуется достаточно высокой направленностью делителя мощности (решетки) и малым значением помех, вызванных отражениями от выходной апертуры устройства. This scheme allows you to expand the range of measured reflection coefficients in the direction of small values, is characterized by a sufficiently high directivity of the power divider (lattice) and a small value of interference caused by reflections from the output aperture of the device.
Однако определенные конструктивные решения, описанные ниже, позволяют минимизировать вклад мешающих факторов в результаты измерений, таких, например, как наличие высших типов волн и переотражения в самом измерительном тракте. Минимизация позволяет обеспечить измерение очень малых коэффициентов отражения до -(50 60) дВ, что и является техническим результатом изобретения. However, certain design solutions described below can minimize the contribution of interfering factors to the measurement results, such as, for example, the presence of higher types of waves and rereflection in the measuring path itself. Minimization allows the measurement of very small reflection coefficients up to - (50 60) dV, which is the technical result of the invention.
Технический результат в первом варианте решения обеспечивается за счет того, что устройство для измерения комплексного коэффициента отражения включает генератор СВЧ, направленный ответвитель, первый и второй преобразователи рабочей моды в виде главного пирамидального рупора с двумя прилегающими к большему основанию металлическими пластинами, размещенными параллельно оси и имеющими гальванический контакт с широкими стенками рупора, четырехплечее прямоугольное разветвление волноводов квадратного сечения с направленным делителем мощности в виде диэлектрической пластины. The technical result in the first solution is provided due to the fact that the device for measuring the complex reflection coefficient includes a microwave generator, a directional coupler, the first and second converters of the working mode in the form of a main pyramidal horn with two metal plates adjacent to a larger base, arranged parallel to the axis and having galvanic contact with wide horn walls, four-arm rectangular branching of square waveguides with directional divider m sensitivity in the form of a dielectric plate.
Генератор СВЧ подключен через направленный ответвитель и первый преобразователь рабочей моды к первому плечу разветвления волноводов, второе плечо разветвления, противоположное первому, снабжено средствами подсоединения измеряемого образца. Третье боковое плечо, смежное с первым и размещенное по одну сторону от направленного делителя мощности, подключено к первой согласованной нагрузке, а четвертое через второй преобразователь рабочей моды подключено к первой детекторной секции, выход которой подключен к первому входу индикаторного блока, к его второму входу подключен выход второй детекторной секции, вход которой подсоединен к выходу вторичного волновода направленного ответвителя. The microwave generator is connected through a directional coupler and the first working mode converter to the first branch arm of the waveguides, the second branch arm, opposite to the first, is equipped with means for connecting the measured sample. The third lateral shoulder adjacent to the first one and placed on one side of the directional power divider is connected to the first matched load, and the fourth through the second working mode converter is connected to the first detector section, the output of which is connected to the first input of the indicator unit, connected to its second input the output of the second detector section, the input of which is connected to the output of the secondary waveguide of the directional coupler.
Диэлектрическая пластина направленного делителя мощности размещена в плоскости, параллельной плоскости разветвления, и смещена от последней на величину (0,15-0,35)λ, размер широких стенок больших оснований рупоров в плоскости разветвления совпадает с размером стенок волноводов разветвления, размер узких стенок составляет (0,75 0,9) а, при этом длина рупоров составляет (4 20) а, где: λ длина волны излучения, а размер стороны сечения волновода разветвления. The dielectric plate of the directional power divider is placed in a plane parallel to the branch plane, and offset from the latter by (0.15-0.35) λ, the size of the wide walls of the large bases of the horns in the branch plane coincides with the size of the walls of the branching waveguides, the size of the narrow walls is (0.75 0.9) a, while the length of the horns is (4 20) a, where: λ is the radiation wavelength, and the side size of the cross-section of the branching waveguide.
Далее, толщина металлических пластин рупоров может составлять (0,01-0,05)λ, расстояние между ними (0,4 0,6) а, а их длина L удовлетворяет условию
L = (0,2-0,25)arctgΦ,
где Φ половина угла раскрыва узких стенок рупора.Further, the thickness of the metal plates of the horns can be (0.01-0.05) λ, the distance between them (0.4 0.6) a, and their length L satisfies the condition
L = (0.2-0.25) arctgΦ,
where Φ is half the opening angle of the narrow walls of the horn.
Устройство может отличаться тем, что стенки волноводов, перпендикулярные плоскости разветвления, представляют собой слоистую структуру толщиной (0,08-0,25)λ из чередующихся слоев проводящего и непроводящего листовых материалов на основе бумаги, а также тем, что согласованная нагрузка выполнена в виде набора плоских клиньев из электропроводящей бумаги, причем плоскости клиньев перпендикулярны плоскости разветвления волноводов. The device may differ in that the walls of the waveguides, perpendicular to the branching planes, are a layered structure with a thickness of (0.08-0.25) λ from alternating layers of conductive and non-conductive sheet materials based on paper, and also that the coordinated load is made in the form a set of flat wedges of electrically conductive paper, and the plane of the wedges is perpendicular to the branch plane of the waveguides.
Кроме этого, первый вариант устройства для измерения комплексного коэффициента отражения может характеризоваться тем, что угол раскрыва узких стенок рупора преобразователей составляет 3 15o.In addition, the first version of the device for measuring the complex reflection coefficient can be characterized in that the opening angle of the narrow walls of the horn of the transducers is 3 15 o .
Технический результат во втором варианте изобретения обеспечивается за счет того, что устройство для измерения комплексного коэффициента отражения включает генератор СВЧ, направленный ответвитель, три преобразователя рабочей моды в виде плавного пирамидального рупора с двумя прилегающими к большему основанию металлическими пластинами, размещенными параллельно оси и имеющими гальванический контакт с широкими стенками рупора, первое четырехплечее прямоугольное разветвление волноводов квадратного сечения с направленным делителем мощности в виде диэлектрической пластины. The technical result in the second embodiment of the invention is ensured by the fact that the device for measuring the complex reflection coefficient includes a microwave generator, a directional coupler, three working mode transducers in the form of a smooth pyramidal horn with two metal plates adjacent to the larger base, arranged parallel to the axis and having galvanic contact with wide horn walls, the first four-armed rectangular branching of square waveguides with a directional divider oschnosti a dielectric plate.
Устройство имеет второе четырехплечее разветвление волноводов, соединенное с первым последовательно, с установленным в его диагональной плоскости поляризационным направленным делителем в виде решетки параллельных проводников, три детекторные секции, подключенные к индикатору, две согласованные нагрузки. Генератор СВЧ подключен через направленный ответвитель и один из преобразователей рабочей моды к первому плечу первого разветвления волноводов, при этом вход одной из детекторных секций подключен к выходу вторичного волновода направленного ответвителя. Одно из боковых плеч каждого из разветвлений волноводов подключено к другим детекторным секциям через преобразователи рабочей моды. Боковое плечо первого разветвителя волноводов и плечо второго разветвления волноводов, противоположное входному, подключены к согласованным нагрузкам, боковое плечо второго разветвления снабжено устройствами для присоединения измеряемого образца. The device has a second four-armed branching of the waveguides connected to the first one in series, with a polarized directional divider installed in its diagonal plane in the form of a lattice of parallel conductors, three detector sections connected to the indicator, two matched loads. The microwave generator is connected through a directional coupler and one of the working mode converters to the first arm of the first branch of the waveguides, while the input of one of the detector sections is connected to the output of the secondary waveguide of the directional coupler. One of the lateral arms of each branch of the waveguides is connected to other detector sections through the working mode converters. The lateral arm of the first branch of the waveguides and the arm of the second branch of the waveguides, opposite to the input, are connected to the agreed loads, the lateral arm of the second branch is equipped with devices for connecting the measured sample.
Диэлектрическая пластина направленного делителя мощности размещена в плоскости, параллельной диагональной плоскости разветвления, и смещена от последней на величину (0,15-0,35)λ, размер широких стенок больших оснований рупоров в плоскости разветвления совпадает с размером стенок волноводов разветвления, размер узких стенок составляет (0,75 0,9) а, при этом длина рупоров составляет (4 20) а, где: l длина волны излучения, a размер стороны сечения волновода разветвления. The dielectric plate of the directional power divider is placed in a plane parallel to the diagonal branch plane and offset from the latter by (0.15-0.35) λ, the size of the wide walls of the large bases of the horns in the branch plane coincides with the size of the walls of the branching waveguides, the size of the narrow walls is (0.75 0.9) a, while the length of the horns is (4 20) a, where: l is the radiation wavelength, and the size of the side of the cross-section of the branching waveguide.
Далее, толщина металлических пластин рупоров может составлять (0,01-0,05)λ, расстояние между ними (0,4 0,6) a, а их длина L удовлетворяет условию
L = (0,2-0,25)arctgΦ,
где Φ половина угла раскрыва узких стенок рупора.Further, the thickness of the metal plates of the horns can be (0.01-0.05) λ, the distance between them (0.4 0.6) a, and their length L satisfies the condition
L = (0.2-0.25) arctgΦ,
where Φ is half the opening angle of the narrow walls of the horn.
Устройство может отличаться тем, что стенки волноводов, перпендикулярные плоскости разветвления, представляет собой слоистую структуру толщиной (0,08-0,25)λ из чередующихся слоев проводящего и непроводящего листовых материалов на основе бумаги, а также тем, что согласованная нагрузка выполнена в виде набора плоских клиньев из электропроводящей бумаги, причем плоскости клиньев перпендикулярны плоскости разветвления волноводов. The device may differ in that the walls of the waveguides, perpendicular to the branching plane, are a layered structure with a thickness of (0.08-0.25) λ from alternating layers of conductive and non-conductive sheet materials based on paper, and also that the coordinated load is made in the form a set of flat wedges of electrically conductive paper, and the plane of the wedges is perpendicular to the branch plane of the waveguides.
Кроме этого, второй вариант устройства для измерения комплексного коэффициента отражения может характеризоваться тем, что угол раскрыва узких стенок рупора преобразователей составляет 3 15o.In addition, the second version of the device for measuring the complex reflection coefficient can be characterized in that the opening angle of the narrow walls of the horn of the transducers is 3 15 o .
На фиг.1 представлена функциональная схема первого варианта устройства, на фиг.2 функциональная схема второго варианта устройства для проведения поляризационных измерений, на фиг.3 конструкция измерительной части для проведения поляризационных измерений, на фиг.4 то же, что на фиг.3, вид сбоку, разрез по А-А, на фиг.5 результаты измерений коэффициента отражения R от образцов тефлона толщиной 30,2 мм, на фиг.6 результаты измерений зависимости коэффициента отражения R лавсановых пленок различной толщины, на фиг.7 результаты измерений уровня отраженной мощности для основной и кросс-поляризаций от пленки из лавсана толщиной 50 мкм. Figure 1 presents the functional diagram of the first variant of the device, figure 2 is a functional diagram of the second variant of the device for polarizing measurements, figure 3 the construction of the measuring part for polarizing measurements, figure 4 is the same as in figure 3, side view, section along A-A, in Fig. 5 the measurement results of the reflection coefficient R from Teflon samples 30.2 mm thick, in Fig. 6 the measurement results of the reflection coefficient R of the mylar films of different thicknesses, in Fig. 7 the measurement results of the reflection level power for the main and cross polarizations from a 50-micron thick lavsan film.
Устройство для измерения комплексного коэффициента отражения (фиг.1) содержит СВЧ генератор 1, выход которого подключен к направленному ответвителю 2. Выход ответвителя 2 подключен к первому преобразователю 3 волны TE10 в прямоугольном волноводе на выходе ответвителя 2 в волну LM11 в квадратном металлодиэлектрическом волноводе 4. Из волноводов 4, 5, 6 и 7 образован четырехплечий прямоугольный разветвитель 8. В диагонали разветвителя 8 установлен направленный делитель 9 мощности, выполненный в виде диэлектрической пластины. Волновод 5 присоединен к согласованной нагрузке 10, а волновод 6 предназначен для присоединения измеряемого образца 11. Волновод 7 разветвителя 8 снабжен вторым преобразователем 12, по конструкции полностью аналогичным преобразователю 3, но осуществляющим обратное преобразование волны LM11 в волну TE10.A device for measuring the complex reflection coefficient (Fig. 1) contains a
Со стороны меньшего сечения волновода преобразователя 12 размещена первая детекторная секция 13, выход которой подсоединен к первому входу индикаторного блока 14. Ко второму входу индикаторного блока 14 подключена вторая детекторная секция 15, присоединенная к ответвителю 2 и предназначенная для подачи опорного сигнала при реализации интерферометрических измерений. Шина 16 служит для подачи сигнала синхронизации от СВЧ генератора 1 к индикаторному блоку 14. From the side of the smaller section of the waveguide of the
На фиг.2 показана схема варианта устройства для проведения поляризационных измерений. Устройство содержит еще один четырехплечий прямоугольный разветвитель 17, содержащий волноводы 18, 19, 20 и 21, а также третий преобразователь 22 и третью детекторную секцию 23. В диагонали разветвителя 17 размещен поляризационный направленный делитель 24, выполненный в виде решетки из тонких параллельных проводников. Фланцы волноводов 7 и 18 соединены и образуют единый волноводный тракт. У волновода 19 имеется посадочное место для присоединения измеряемого образца 11. К волноводу 20 разветвителя 17 присоединена вторая согласованная нагрузка 10. К фланцу волновода 21 присоединен преобразователь 22 с детекторной секцией 23. Детекторная секция 23 подключена к индикаторному блоку 14. Figure 2 shows a diagram of a variant of the device for conducting polarization measurements. The device comprises another four-arm
Выполнение измерительного узла, содержащего преобразователь 3 мод и два четырехплечих прямоугольных разветвителя 8 и 17, показано на фиг.3 и 4. The implementation of the measuring node containing the
Преобразователь 3 выполнен в виде плавного пирамидального рупора с меньшим 26 и большим 27 основаниями, имеющими форму прямоугольника. В части рупора, прилежащей к большему основанию 27, параллельно продольной оси 28 рупора размещены две тонкие металлические пластины 29, 30, имеющие гальванический контакт с широкими стенками рупора. Толщина пластин составляет (0,01-0,05)λ, где l длина волны. Широкие стенки рупора у большего основания имеют размер 2a, который составляет (5-20)λ. Узкие стенки рупора 2a1 имеют размер (0,75 0,9) a. Расстояние между пластинами 2a2 составляет (0,4 0,6) a, длина пластин L = (0,2-0,25)arctgΦ, где: Φ половина угла раскрыва узких стенок рупора. Аналогичную конструкцию имеют также преобразователи 12 и 22. Длина преобразователя составляет (20-100)λ.
Каждый из обоих четырехплечих прямоугольных разветвителей 9 и 17 выполнен из металлодиэлектрических волноводов квадратного сечения с размером 2a, совпадающим с размером широких стенок рупора со стороны большего основания преобразователя 2. Как показано на фиг.3, параллельно диагональной плоскости первого разветвителя 8 размещена диэлектрическая пластина 9, выполняющая функции делителя мощности. Ее толщина h составляет (0,03-0,3)λд, где λд длина волны в диэлектрике.The
Each of the four four-arm
Стенки волноводов, перпендикулярные плоскости разветвления, покрыты слоем 31 радиопоглощающего материала толщиной δ, равной (0,08-0,25)λ. Поверхности разветвителя, параллельные плоскости разветвления, покрыты слоем 32 диэлектрика толщиной d, удовлетворяющей условию
Второй четырехплечий разветвитель 17, выполненный аналогично разветвителю 8, содержит поляризационный направленный делитель 24, выполненный в виде решетки из тонких параллельных проводников. Период решетки выбран меньше 0,1λ, а коэффициент заполнения в диапазоне 0,02 0,2. Как и при использовании пластины 9, решеткой 24 следует полностью перекрыть диагональную плоскость сочленения волноводов.The walls of the waveguides, perpendicular to the branching plane, are covered with a
The second four-
Устройство для измерения комплексного коэффициента отражения работает следующим образом. A device for measuring the complex reflection coefficient operates as follows.
Падающая мощность от СВЧ свип-генератора 1 через направленный ответвитель 2 (фиг. 1) и преобразователь 3 моды ТЕ10 в моду LM11 поступает в волновод 4 разветвителя 8. Падающая мощность делится пластиной 9 на две части: одна часть поглощается частично в согласованной нагрузке 10, другая падает на измеряемый образец 11. Часть отраженной от образца СВЧ мощности через направленный делитель с пластиной 9 поступает на преобразователь 12, который осуществляет обратное преобразование моды LM11 в моду TE10. Далее, сигнал подается на детекторную секцию 13, где детектируется, а затем на индикаторный блок 14, где сравнивается с сигналом от детекторной секции 15, который пропорционален мощности, поступающей от генератора на вход преобразователя 3.The incident power from the
При фазовых измерениях в миллиметровом диапазоне длин волн вместо согласованной нагрузки 10 используется короткозамыкающий подвижный поршень, а в качестве индикаторного блока приборы Я2П-67 или Я2Р-70. В сантиметровом диапазоне в качестве индикаторного блока удобно использовать векторный анализатор цепей типа НР 8510 фирмы Hewlett-Packard или амплифазометр, входящий в состав измерителя комплексных коэффициентов отражения FK4-55/1. Результат сравнения амплитуд и фаз двух отраженных сигналов от калибровочной металлической пластины и от измеряемого образца позволяет рассчитать искомый параметр. Методика измерений и отработки результатов экспериментов описана в [(2), а также в (3): В.Н. Аплеталин и др. Методы и установки для измерения коэффициентов отражения от плоских образцов на миллиметровых волнах. - "Измерительная техника", 1991, N 7, с. 40-42)]
При проведении поляризационных измерений (фиг. 2) мощность СВЧ падает на измеряемый образец 11 в виде волны основной поляризации, проходя через направленный делитель с пластиной 9 и отражаясь от поверхности решетки поляризационного направленного делителя 24. Мощность, отраженная от образца, распространяется в виде волн двух поляризаций основной и кросс-поляризации. Волна основной поляризации поступает в преобразователь 12 и детектируется детекторной секцией 13. Волна кросс-поляризации поступает в преобразователь 22 и детектируется секцией 23. В индикаторном блоке 14 сигналы от детекторов 13 и 23 сравниваются с сигналом от детекторной секции 15. Методика измерений аналогична описанной в (2), (3).For phase measurements in the millimeter wavelength range, instead of the coordinated
When conducting polarization measurements (Fig. 2), the microwave power drops on the measured
Примеры реализации. Implementation examples.
а) Для измерений в сантиметровом диапазоне длин волн реализовано устройство с использованием разветвления с металлодиэлектрическими волноводами квадратного сечения размером (200 х 200) мм. Их стенки, перпендикулярные плоскости разветвления, покрыты гетинаксом слоем толщиной 4 мм. На других стенках нанесено покрытие на основе проводящей электрографической бумаги марки ЭТБ-2. Преобразователи выполнены в виде рупоров с сечением малого основания (10 х 23) мм, сечением большого основания (200 х 160) мм и длиной 700 мм. С малым основанием состыкован направленный ответвитель со стандартным сечением. Пластина направленного делителя мощности выполнена из органического стекла толщиной 3 мм и установлена в разветвителе в плоскости, параллельной диагональной. Согласованная нагрузка выполнена в виде клиньев из указанной электрографической бумаги высотой около 200 мм и углом при вершине 20o. Поглощающий материал на боковых стенках волновода представляет собой трехслойную структуру с внутренним слоем электропроводящей бумаги, а внешним
слоем обычной неэлектроводной бумаги. Толщина трехслойной структуры около 5 мм. Диэлектрическое покрытие волноводов слой гетинакса толщиной 3 мм. При измерениях коэффициентов отражения материалов с помощью указанного устройства использовались стандартные направленные ответвители и детекторные секции, входящие в состав прибора РК4-55/1.a) For measurements in the centimeter wavelength range, a device was implemented using branching with metal-dielectric waveguides of square section (200 x 200) mm in size. Their walls, perpendicular to the branching plane, are covered with a getinax layer 4 mm thick. Other walls are coated with conductive electrographic paper ETB-2. The transducers are made in the form of horns with a small base section (10 x 23) mm, a large base section (200 x 160) mm and a length of 700 mm. A directional coupler with a standard cross-section is docked with a small base. The plate of the directional power divider is made of organic glass with a thickness of 3 mm and is installed in the splitter in a plane parallel to the diagonal. The agreed load is made in the form of wedges from the specified electrographic paper with a height of about 200 mm and an angle at the apex of 20 o . The absorbing material on the side walls of the waveguide is a three-layer structure with an inner layer of electrically conductive paper, and an external
a layer of ordinary non-conductive paper. The thickness of the three-layer structure is about 5 mm. The dielectric coating of waveguides is a 3 mm thick getinax layer. When measuring the reflection coefficients of materials using the indicated device, standard directional couplers and detector sections, which are part of the PK4-55 / 1 device, were used.
б) Для измерений в миллиметровом диапазоне длин волн реализовано устройство разветвления волноводов с сечением (40 х 40) мм, также с использованием металлодиэлектрических волноводов. Преобразователь упора имеет сечение меньшего основания (1,8 x 3,6) мм. Направленный ответвитель и детектор входят в комплект серийного прибора типа Р2-69. Направленный делитель мощности выполнен из лавсановой пленки толщиной 500 мкм. Толщина диэлектрика металлодиэлектрического волновода 500 мкм. Поглощающий материал выполнен двухслойным: наружный слой их электропроводящей бумаги, внутренний из диэлектрика. Общая толщина слоя поглощающего материала 500 мкм. b) For measurements in the millimeter wavelength range, a device for branching waveguides with a cross section of (40 x 40) mm was implemented, also using metal-dielectric waveguides. The stop transducer has a smaller base section (1.8 x 3.6) mm. The directional coupler and detector are included in the package of a serial device of type P2-69. The directional power divider is made of dacron film with a thickness of 500 μm. The dielectric thickness of the metal-dielectric waveguide is 500 μm. The absorbent material is made of two layers: the outer layer of their electrically conductive paper, the inner one of the dielectric. The total thickness of the layer of absorbent material is 500 μm.
в) При проведении поляризационных измерений устройство, описанное в предыдущем примере реализации, дополнено вторым разветвителем аналогичного конструктивного выполнения, но имеющим в диагонали поляризатор решетку из проводников толщиной 40 мкм, установленных с шагом 200 мкм (коэффициент заполнения 0,2). В качестве генераторного и индикаторного блоков использованы серийные приборы типа Г4-161 и Я2Р-70, соответственно. c) When conducting polarization measurements, the device described in the previous example of implementation is supplemented with a second splitter of a similar design, but having a diagonal polarizer array of conductors with a thickness of 40 μm installed with a pitch of 200 μm (duty cycle 0.2). Serial devices of the type G4-161 and Ya2R-70, respectively, were used as generator and indicator blocks.
На фиг. 5 представлены результаты измерений коэффициента отражения R от образцов тефлона толщиной 30,2 мм в сантиметровом диапазоне длин волн с помощью устройства, описанного в первом примере реализации. Видна интерференционная зависимость модуля коэффициента отражения от частоты с минимумами, характеризующими высокую чувствительность устройства; регистрируется уровень (-50) дБ. Из значений частот резонансных пиков по методике (2), (3) можно определить с высокой точностью диэлектрическую проницаемость материала пластины. In FIG. 5 shows the results of measurements of the reflection coefficient R from Teflon samples 30.2 mm thick in the centimeter wavelength range using the device described in the first implementation example. The interference dependence of the reflection coefficient module on frequency is visible with minima characterizing the high sensitivity of the device; level (-50) dB is recorded. From the values of the frequencies of the resonance peaks by the methodology (2), (3), the dielectric constant of the plate material can be determined with high accuracy.
На фиг. 6 показаны результаты измерений коэффициента отражения R лавсановых пленок с толщиной 12 мкм (кривая 1) и толщиной 4,5 мкм (кривая 2). Видно, что минимум измеряемого коэффициента отражения для более тонкой пленки составляет 60 дБ. In FIG. Figure 6 shows the results of measurements of the reflection coefficient R of mylar films with a thickness of 12 μm (curve 1) and a thickness of 4.5 μm (curve 2). It can be seen that the minimum of the measured reflection coefficient for a thinner film is 60 dB.
На фиг. 7 приведены результаты измерений уровня отраженной мощности для основной и кросс-поляризаций от лавсановой пленки толщиной 50 мкм. Из осциллограммы следует, что наряду с отраженной волной основной поляризации имеется и отраженная волна кросс-поляризации, характеризующая анизотропию свойств пленки. В нижнем правом углу осциллограммы показана частотная зависимость разности диэлектрических проницаемостей в двух перпендикулярных направлениях, рассчитанная по результатам полученных экспериментальных данных. Видно, что эта разность оставляет около 0,1, что позволяет рекомендовать такую пленку для использования в качестве полупрозрачного элемента в разветвителях квазиоптических устройств в миллиметровом диапазоне длин волн. In FIG. 7 shows the results of measurements of the reflected power level for the main and cross-polarizations from a dacron film with a thickness of 50 μm. It follows from the oscillogram that, along with the reflected wave of the main polarization, there is also a reflected cross-polarization wave, which characterizes the anisotropy of the film properties. In the lower right corner of the waveform shows the frequency dependence of the difference in permittivity in two perpendicular directions, calculated from the results of the obtained experimental data. It can be seen that this difference leaves about 0.1, which allows us to recommend such a film for use as a translucent element in splitters of quasi-optical devices in the millimeter wavelength range.
Анализ уровня техники показал, что изобретение является новым и промышленно применимым по приведенным выше описанию и примерам реализации. The analysis of the prior art showed that the invention is new and industrially applicable according to the above description and implementation examples.
Предложение удовлетворяет условию изобретательского уровня, поскольку достижение технического результата возможность измерения очень малых значений коэффициента отражения в широком классе материалов очевидным образом не следует из уровня техники, так как основано на знаниях, установленных заявителем. Эти знания сводятся к определенному выполнению тракта из металлодиэлектрических волноводов, выбору соотношения размеров отдельных элементов, особому их расположению. Известность принципов построения отдельных элементов трактов, например, по а.с. 1125675, по кл. H 01 F 1/16 (1984) или а.с. 1741086 по кл. G 01 R 27/06 (1992) не порочит новизны причинно-следственной связи "отличительные признаки технический результат". The proposal satisfies the condition of an inventive step, since the achievement of a technical result, the ability to measure very small values of the reflection coefficient in a wide class of materials, obviously does not follow from the prior art, as it is based on knowledge established by the applicant. This knowledge comes down to a specific implementation of the path of metal-dielectric waveguides, the choice of the ratio of the sizes of individual elements, their special location. The fame of the principles of constructing individual elements of paths, for example, as 1125675, according to class H 01
Claims (10)
L = (0,2-0,25)arctgΦ,
где Φ- половина угла раскрыва узких стенок рупора.2. The device according to p. 1, characterized in that the thickness of the metal plates of the horns is (0.01-0.05) λ, the distance between them (0.4 0.8) a, their length L satisfies the condition
L = (0.2-0.25) arctgΦ,
where Φ is half the opening angle of the narrow walls of the horn.
L = (0,2-0,25)arctgΦ,
где Φ половина угла раскрыва узких стенок рупора.7. The device according to claim 5, characterized in that the thickness of the metal plates of the horns is (0.01-0.05) λ, the distance between them (0.4 0.6) a, and their length L satisfies the condition
L = (0.2-0.25) arctgΦ,
where Φ is half the opening angle of the narrow walls of the horn.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94026120A RU2079144C1 (en) | 1994-07-14 | 1994-07-14 | Device for measurement of complex reflection factor in quasi-optical sections |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU94026120A RU2079144C1 (en) | 1994-07-14 | 1994-07-14 | Device for measurement of complex reflection factor in quasi-optical sections |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU94026120A RU94026120A (en) | 1996-05-20 |
| RU2079144C1 true RU2079144C1 (en) | 1997-05-10 |
Family
ID=20158456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU94026120A RU2079144C1 (en) | 1994-07-14 | 1994-07-14 | Device for measurement of complex reflection factor in quasi-optical sections |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2079144C1 (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2362176C1 (en) * | 2007-12-24 | 2009-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" | Method for reflection coefficient measurement and device for method application |
| RU2548392C1 (en) * | 2013-12-13 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук (ИОФ РАН) | Device for splitting and recording of direct and reflected microwave power in quasi-optical pathway |
| RU2563110C1 (en) * | 2014-05-06 | 2015-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ФазАР" | Device for measurement of electromagnet wave parameters |
| RU2563108C1 (en) * | 2014-05-06 | 2015-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ФазАР" | Device for measurement of electromagnet wave parameters |
| RU2618480C1 (en) * | 2016-01-20 | 2017-05-03 | Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") | Method for measuring reflection coefficient of radio absorbing materials |
| RU2731020C1 (en) * | 2019-06-21 | 2020-08-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Method for measuring reflection coefficient of microwave load |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106850085B (en) * | 2016-12-29 | 2023-07-21 | 西北核技术研究所 | A device for testing the radio frequency response performance of materials |
-
1994
- 1994-07-14 RU RU94026120A patent/RU2079144C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий./ Справочник под ред В.В. Клюева. Кн. 1. - М.: Машиностроение, 1976, с.198 - 203. 2. Proceedings of Joint 3-rd International Conference on Electromagnetics in Aerospace Applications and 7 th European Electromagnetic Structures Conference. Sept., 14-17, 1993, Italy, p.253-256. * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2362176C1 (en) * | 2007-12-24 | 2009-07-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" | Method for reflection coefficient measurement and device for method application |
| RU2548392C1 (en) * | 2013-12-13 | 2015-04-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук (ИОФ РАН) | Device for splitting and recording of direct and reflected microwave power in quasi-optical pathway |
| RU2563110C1 (en) * | 2014-05-06 | 2015-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ФазАР" | Device for measurement of electromagnet wave parameters |
| RU2563108C1 (en) * | 2014-05-06 | 2015-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ФазАР" | Device for measurement of electromagnet wave parameters |
| RU2618480C1 (en) * | 2016-01-20 | 2017-05-03 | Федеральное государственное унитарное предприятие "ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ" (ФГУП "ВНИИОФИ") | Method for measuring reflection coefficient of radio absorbing materials |
| RU2731020C1 (en) * | 2019-06-21 | 2020-08-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" | Method for measuring reflection coefficient of microwave load |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU94026120A (en) | 1996-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bahr | Microwave nondestructive testing methods | |
| US5886534A (en) | Millimeter wave sensor for on-line inspection of thin sheet dielectrics | |
| RU2331894C1 (en) | Method of dielectric properties measurement for material bodies and device for its implementation | |
| JP6214917B2 (en) | Internal defect inspection apparatus and internal defect inspection method | |
| RU2665593C1 (en) | Material dielectric properties measuring method and device for its implementation | |
| CN113281572B (en) | Method and system for testing microwave complex dielectric constant and complex permeability of material | |
| Hasar | Permittivity measurement of thin dielectric materials from reflection-only measurements using one-port vector network analyzers | |
| Varadan et al. | In situ microwave characterization of nonplanar dielectric objects | |
| RU2079144C1 (en) | Device for measurement of complex reflection factor in quasi-optical sections | |
| Tantot et al. | Measurement of complex permittivity and permeability and thickness of multilayered medium by an open-ended waveguide method | |
| Kang et al. | Planar offset short applicable to the calibration of a free-space material measurement system in W-band | |
| Hasar | Permittivity determination of fresh cement-based materials by an open-ended waveguide probe using amplitude-only measurements | |
| US5874832A (en) | Precise high resolution non-contact method to measure dielectric homogeneity | |
| Ghodgaonkar et al. | Microwave nondestructive testing of composite materials using free-space microwave measurement techniques | |
| Kang | Free-space unknown thru measurement using planar offset short for material characterization | |
| Hirose et al. | Antenna pattern measurements using photonic sensor for planar near-field measurement at X band | |
| Gagnon | Highly sensitive measurements with a lens-focused reflectometer | |
| RU2713162C1 (en) | Method of determining dielectric permeability of material | |
| Malik et al. | Measurement of wood grain angle using free-space microwave measurement system in 8-12 GHz frequency range | |
| Hasar et al. | On the application of microwave calibration-independent measurements for noninvasive thickness evaluation of medium-or low-loss solid materials | |
| JP3799524B2 (en) | Microwave nondestructive evaluation system | |
| Eimer et al. | Note: Vector reflectometry in a beam waveguide | |
| Kadiroglu et al. | A highly accurate microwave method for permittivity determination using corrected scattering parameter measurements | |
| Ghodgaonkar et al. | Microwave nondestructive testing of Malaysian timber for grading applications | |
| Kang | Free-Space Two-Tier One-Port Calibration Using a Planar Offset Short for Material Measurement. |