днкатора н работающего на частоте модуляции высокочастотного генератора. В качестве элемента, воспринимающего колебания св. ч. и выделяющего напряжение с частотой модуля-

/ - 2.

HZJi

- 7

Рис. 71. Блок-схема для градуировки ослабителей методом квадратичного детектора.

/. Генератор. 2. Согласующая разкязка. 3. Градуируемый ослабитель. 4. Согл1-сующая развязка. 5. Детекторная секция с квадратичным setCKTopoM. 6. Образцовый усилитель с делителем. 7, Индикатор (вольтиетр), 8. Модулятор.

ции, используется кристаллический детектор (термистор, болометр), работающий на квадратичном участке своей характеристики. В этом случае величина продетектированного напряжения пропорциональна с.в.ч. мощности. Поэтому величина затухания определяется по формуле:

10 Ig

(4.10)

где Ui - напряжение на выходе детектора при нулевом (начальном) затухании градуируемого ослабителя; i/i -тоже при измеряемом значении затухания градуируемого ослабителя. При пользовании делителем (в случае равенства показаний индикаторных приборов в обоих случаях)

lOlg

;4.u)

где fej и А, - соответствующие значения коэффициента деления делителя.

Пределы измеряемых затуханий для этого метода составляют около 30 дб. Точность градуировки - около +0,2 дб при затухании до 15 дб и ±0,3 дб при затуханиях 15~30 дб.

Для образцовых ослабителей, как правило, величина началь ного ослабления (затухания) не определяется и их градуировоч-ные графики начинаются от условного нуля.

ГЛАВА V

ИЗМЕРЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОСТОЯННЫХ ДИЭЛЕКТРИКОВ

Электрические и магнитные свойства веществ характеризуются двумя комплексными постоянными: комплексной диэлектрической постоянной и комплексной магнитной проницаемостью, которые определяются следующими выражениями:

£* = E-i." = e-So(l-itgy

(5Л) (5.2)

В этих выражениях % представляет собой диэлектрическую постоянную свободного пространства, равную фарад/метр,

Р-о - магнитную проницаемость свободного пространства, равную 4i: 10- генри/метр; s ~ относительную диэлектрическую постоянную; ft - относительную магнитную проницаемость; и угол электрических и магнитных потерь соответственно.

Для больщинства неметаллических материалов, включая все диэлектрики, применяемые в технике с в.ч,, справедливы равенства;

и tg5 = 0.

Следовательно, и* = [Iq. Поэтому для характеристики многих диэлектрических материалов необходимо лищь знать величины s и

Приборы, служащие для измерения относительной диэлектрической постоянной и тангенса угла потерь, называются измерителями диэлектриков.

В основу этих приборов могут быть положены методы измерений, которые можно разделить на две группы. Одна из них характеризуется использованием направляемых волн, а вторая - применением волн в свободном пространстве. Методы, относящиеся к первой группе, подразделяются в свою очередь в зависимости от того, используются ли в них объемные резонаторы или волноводы.

По причинам, связа1[ным с малыми размерами резонаторов и волноводов, на миллиметровых волнах применение методов первой группы становится затруднительным, а в ряде случаев просто невозможным. На миллиметровых волнах с успехом может быть использован метод, основанный на отражении, передаче и поглощении электромагнитных волн диэлектриком, располагаемым в свободном пространстве. При использовании этого метода различают два случая: 1) случай нормального угла падения волн на диэлектрик; 2) случай произвольного угла падения.

Для измерений диэлектриков в миллиметровом диапазоне может быть применен интерферометр.

Для измерении дн:-)лектрической нсстоянной жидкостей и газов H.i миллиметровых волнах можно пользоваться также пондсромо-торными измерителями диэлектриков,

§ 1. Волноводные методы измерения диэлектриков

Наиболее распространенным типом волноводного метода диэлектрических измерений является метод измерения образца диэлектрика, помещенного у короткозамкнутого окончания волновода. Этот метод основан на определении входного сопротивления на границе образца диэлектрика. Измерение диэлектрических характеристик (диэлектрической постоянной s и тангенса утла потерь tg6) данным методом производится на основе определения постоянной распространения в волноводе, заполненном диэлектриком. Это может быть выполнено путем применения измерительной линии с короткозамкнутым окончанием, у которого располагается образец диэлектрика, и измерения фазы и коэффициента бегущей волны в ней.

Если в прямоугольном волноводе (рис. 72) возбудить волну типа jQ, то при помещении на конце волновода хорошо отражающей металлической поверхности в нем возникнут стоячие волны. Перемещая внутри волновода зонд с индикатором (практически используя измерительную линию), можно снять кривую распределения напряженности электрического поля в волноводе и определить 1„ (длину волны в волноводе) и к, б. в Е .

s = -pr"" (коэффициент бегущей волны).

При помещении в волновод у его закрытого отражающего конца образца исследуемого диэлектрика распределение поля в волноводе измени! :я. в сл} чае идеального диэлектрика без потерь постоянная распространенич электромагнитных волн в.тиэлектрике у характеризовалась бы только своим фазовым коэффициентом t~iy и произошло бы лишь укорочение длины волны в части волновода с образцом. Помещение образца диэлектрика, таким образом, сместило бы первый минимум стоячей волны ближе к отражающему концу волновода. Это смещение минимума / или расстояние первого минимума от лицевой стороны образца Xq, зави-

сящие от смещения фазы стоячей волны, определяются диэлектрической проницаемостью материала г и толщиной образца d.

Если в образце диэлектрика происходит затухание электромагнитных волн н постоянная распространения в нем носит комплексный характер {"i = -г "о изменится и величина коэффициента бегущей волны s. Таким образом, с помощью измерительной линии и короткозамкнутого волновода с образцом диэлектрика определяются величины /.g, и s или 1, / и s, из которых можно вычислить 7.

Рнс. 72. Распределение поля в норот козам кнутом волноводе без образца и с образцом диэлектрика.

Зная комплексное значение ь: можем определить

обе составляющие s и г" комплексной диэлектрической постоянной £* данного диэлектрика.

Расчетные формулы для определения е и е можно получить, решая уравнения электромагнитного поля для воздушной части волновода и отрезка волновода, наполненного дг:электриком. Это решение приводит к следующему тоанспендентному комплексному уравнению для постоянной распространения о~резка волновода с диэлектриком 7j

s - its:

1-isti

(5,3)

где d - толщина образца;

A.g - длина волны в волноводе; S - коэффициент бегущей волны; л:о - расстояние от лицевой стороны образца до первого минимума.

Это уравнение не может быть решено непосредственно. Для нахождения 7, можно применить графический метод, а также метод последовательных приближений. Для нахождения ъ графическим методом вводятся обозначения:

bd=Te

По экспериментально измеренным величинам правой части уравнения (5,3) находятся величины Си;, которые равны:

.2 , ..2 21-0

1 -Sti

(5.4)

tg; =

(l-s2) tg

(0.5)

Затем no графику функции

tine

Ce\ приведенному на рис. 73,

находятся гит, откуда получается значение Ti в следующем виде:

7= -(coS + sinTj.

(5.6)

При методе последовательных приближений выражение "d представляют в виде комплекса:

tk id th {a-\-lb)

= xJrb-

В этом уравнении x к у находятся из данных опыта по правой части уравнения (5.3:.

Разделяя уравнение (5.3) на действительную и мнимую части, [олучим;

ash 2а-{-b sin 2b

(0.8)

а sin 2b - bsh 2a ("o-f bJ[ch2acos2b)

[5.9)

Рис. 73. График функции

1ринимая в первом приближении а = О, находим:

igb и

tg b

таблицам функции и известной величине х. найденной

[результате измерений и вычислений по уравнениям (5.3) и (5.8), одится величина о.

Подставляя величину Ь в уравнение (5.9) и пренебрегая а-1К мало!! величиной, находим значение а. Это значение а подстав-" ;м в формулу (5.8) и находим второе приближение Ь, которое,