SU1550436A1 - Method of determining dielectric permeability of materials - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерению электрических параметров материалов, в частности к измерению диэлектричесой проницаемости. Целью изобретени   вл етс  повышение точности. Способ заключаетс  в том, что плоскую поверхность диэлектрического материала облучают СВЧ-излучением переменной частоты, пол ризованным в плоскости падени , с гаусовым распределением мощности по сечению пучка, регистрируют отраженное излучение под двум  углами, один из которых больше, другой меньше угла падени , угол Брюстера определ ют по наличию отраженного излучени  равной интенсивности при двух углах регистрации и, исход  из величины угла Брюстера, вычисл ют диэлектрическую проницаемость. 1 ил.The invention relates to the measurement of the electrical parameters of materials, in particular to the measurement of the dielectric constant. The aim of the invention is to improve the accuracy. The method consists in the fact that the flat surface of the dielectric material is irradiated with microwave radiation of variable frequency, polarized in the plane of incidence, with Gaus power distribution over the beam section, the reflected radiation is recorded at two angles, one of which is larger, the other is smaller than the angle of incidence, Brewster angle is determined by the presence of reflected radiation of equal intensity at two angles of registration and, based on the Brewster angle, the dielectric constant is calculated. 1 il.

Description

Изобретение относитс  к контрольно-измерительной технике н может быть использовано дл  неразрушающего контрол  диэлектрической проницаемости материалов в химической, радиотехнической и т.д. промышленности.The invention relates to instrumentation technology and can be used for non-destructive testing of the dielectric constant of materials in chemical, radio, etc. industry.

Цель изобретени  - повышение точности измерений.The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy.

На чертеже показана блок-схема устройства дл  реализации предлагаемого способа.The drawing shows a block diagram of the device for implementing the proposed method.

Сущность способа состоит в том, что провод т облучение контролируемого материала электромагнитной СВЧ волной переменной частоты, последовательно измен ют угол папени , регистрацию отраженного излучени  и определение угла Брюстера, по которому вычисл ют диэлектрическую проницаемость . Причем облучение контролируемого материала производ т гауссовьм СВЧ пучком, пол ризованным параллельно плоскости падени , отраженное излучение одновременно регистрируют под двум  углами, один из которых больше, а другой меньше угла падени , а угол Брюстера Ликсируют по наличию отраженного излучени  равной интенсивности при двух углах приема. Волна основного типа лучевода имеет гауссово распределение напр женности электрического пол  в поперечном сечении лучевода . При падении таких пучков конечной апертуры или аналогичных им на границу раздела двух материалов наблюдаетс  р д эсЬфектов, отличных от случа  падени  плоской волны, а именно продольное и боковое смешение СВЧThe essence of the method is that the monitored material is irradiated with a variable frequency electromagnetic wave, sequentially changing the fillet angle, recording the reflected radiation, and determining the Brewster angle from which the dielectric constant is calculated. Moreover, the irradiation of the controlled material is produced by a Gaussian microwave beam, polarized parallel to the plane of incidence, the reflected radiation is simultaneously recorded at two angles, one of which is larger and the other is smaller than the angle of incidence, and the Brewster angle is eliminated by the presence of reflected radiation of equal intensity at two reception angles. The wave of the main type of the beam transmitter has a Gaussian distribution of the electric field intensity in the cross section of the beam guide. When such beams of a final aperture or similar to them at the interface of two materials fall, a number of effects are observed that are different from the case of a plane wave, namely longitudinal and side mixing of the microwave

слcl

СПSP

оabout

Јь СО 6ЭСО CO 6E

пучка, распространение отраженного пучка под углом, не равным углу падени , расщепление отраженного пучка на два пучка и т.д. Указанные эффектынаиболее сильно сказываютс  при внутреннем отражении и исключение при проведении измерений приводит к дополнительной погрешности.the beam, the propagation of the reflected beam at an angle not equal to the angle of incidence, the splitting of the reflected beam into two beams, etc. These effects are most pronounced in the case of internal reflection, and the exception in the measurement process leads to an additional error.

Данный способ измерений диэлектри- ческой проницаемости позвол ет у читывать параметры зондирующих СВЧ пучков и, более того, основан па эффекте расщеплени  отраженного пучка на два пучка, распростран ющихс  по/т углами Доб относительно угла падени . изи- чески данный эффект объ сн етс  тем, что пучки СВЧ волн (например, с гауссовым распределением) можно рассматривать как суперпозицию набора плос- ких волн различных амплитуд и направлений . Поскольку амплитуда и Лаза отраженной плосковолновой компоненты завис т от угла падени , т.е. дл  разных компонент различны, отражен- ный пучок может распростран тьс  под углом, отличным от угла падени . Если угол падени  СВЧ пучка, пол ризованного параллельно плоскости падени , равен углу Брюстера после отра- жени  формируютс  два пучка, распростран ющихс  поп; углом j;koi,K углу Брюстера. Таким образом, показано, что величина Д об определ етс  следующим соотношением:This method of measuring the dielectric constant permits reading parameters of the probe microwave beams and, moreover, is based on the effect of splitting the reflected beam into two beams, propagating along the / t angles of angles relative to the angle of incidence. This effect is physically explained by the fact that microwave beams (for example, with a Gaussian distribution) can be considered as a superposition of a set of plane waves of various amplitudes and directions. Since the amplitude and Laza of the reflected flat-wave component depend on the angle of incidence, i.e. for different components different, the reflected beam may propagate at an angle different from the angle of incidence. If the angle of incidence of the microwave beam, polarized parallel to the plane of incidence, is equal to the Brewster angle after reflection, two beams propagating pop are formed; angle j; koi; K corner of Brewster. Thus, it is shown that the value of D on is determined by the following relationship:

, -$2 JR(sintfp)/ coso4 g ,. 100 - K,W0 (K1W0)r/R(sinoie)/ U, - $ 2 JR (sintfp) / coso4 g,. 100 - K, W0 (K1W0) r / R (sinoie) / U

/Р(«/R("

где о(.в - угол Брюстера;where o (.v is the angle of Brewster;

К, - волновое число в первой среде;K, is the wave number in the first medium;

2W0 - ширина пучка;2W0 - beam width;

siting)/ - производна  от модул  ко- эФФипиента отражени  по sinoi.siting) / - derived from the sinoi reflection coefficient modulus.

Такт образом, анализиру  распределение электромагнитного пол  отраженной СВЧ волны, угол Брюстера с вы- сокой степенью точности можно зафиксировать по возникновению двух отраженных пучков .By analyzing the distribution of the electromagnetic field of the reflected microwave wave, the Brewster angle with a high degree of accuracy can be fixed by the appearance of two reflected beams.

Q 5 0 5 0 Q 5 0 5 0

5five

00

45 45

д d

Устройство содержит автоматический свип-генератор 1 , блок 2 питани  генератора, волноводно-лучевой переход 3, пол ризатор 4, излучающую 5 и приемные 6 и 7 антенны в виде открытых концов лучеводов, волноводно-лучевые переходы 8 и 9, приемники 10 и И излучени , компаратор 12 и диэлектрическую призму 13. Контролируемый материал 14 устанавливают на основание призмы 13.The device contains an automatic sweep generator 1, a generator power supply unit 2, a waveguide-beam transition 3, a polarizer 4 emitting 5 and receiving 6 and 7 antennas in the form of open ends of the light emitters, a waveguide-beam transitions 8 and 9, receivers 10 and And radiation , the comparator 12 and the dielectric prism 13. The controlled material 14 is installed on the base of the prism 13.

Способ осуществл ют следующим образом .The method is carried out as follows.

Пучок электромагнитных линейно-пол ризованных параллельно плоскости падени  электромагнитных волн переменной частоты направл ют под углом на контролируемый материал через диэлектрическую призму. Измен ют угол падени  и регистрируют отраженное излучение одновременно под двум  углами , один из которых меньше, а другой больше на 1 - 5° угла падени . Угол Брюстера Фиксируют по наличию отраженного излучени  равной интенсивности при двух углах приема и по известным соотношени м вычисл ют диэлектрическую проницаемость.A beam of electromagnetic linearly polarized parallel to the plane of incidence of variable frequency electromagnetic waves is directed at an angle to the controlled material through a dielectric prism. The angle of incidence is changed and the reflected radiation is recorded simultaneously at two angles, one of which is smaller, and the other is increased by 1 - 5 ° angle of incidence. Brewster angle is recorded by the presence of reflected radiation of equal intensity at two reception angles and the dielectric constant is calculated from the known ratios.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Способ определени  диэлектрической проницаемости материалов, заключающийс  в том, что плоскую поверхность исследуемого материала облучают электромагнитной СВЧ-волной переменной частоты, последовательно измен ют угол падени , регистрируют отраженное излучение и определ ют угол Брюстера, исход  из величины которого вычисл ют диэлектрическую проницаемость,о т- л и ч а ю щ и и -с   тем, что, с целью повышени  точности измерений, облучение материала производ т СВЧ гауссовым пучком, пол ризованным параллельно плоскости падени , отраженное излучение одновременно регистрируют под двум  углами, один из которых больше, а другой меньше угла падени , а угол Брюстера определ ют по наличию отраженного излучени  равной интенсивности при двух углах приема.The method for determining the dielectric constant of materials, which implies that the flat surface of the material under study is irradiated with a variable frequency electromagnetic microwave wave, the angle of incidence is subsequently changed, the reflected radiation is recorded and the Brewster angle is determined, based on the value of which the dielectric constant is calculated. l and h and u and -s with the fact that, in order to increase the accuracy of measurements, the material is irradiated by a microwave Gaussian beam, polarized parallel to the plane of incidence, reflected Radiation is simultaneously recorded at two angles, one of which is larger and the other is smaller than the angle of incidence, and the Brewster angle is determined by the presence of reflected radiation of equal intensity at two reception angles. ww