СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МАТЕРИАЛА
METHOD FOR MATERIAL DIELECTRIC PERMEABILITY DETERMINATION

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению диэлектрической проницаемости материала опорных стержней для ламп бегущей волны и других подобных приборов.
Способ основан на использовании двух неперестраиваемых резонаторов с осевыми отверстиями разных размеров для ввода контролируемых стержней, которые позволяют переразложить операторы возмущенных собственных функций и собственных значений исходных замкнутых полых резонаторов с диэлектриком по обращенным операторам частично заполненных измеряемым диэлектриком полуоткрытых измерительных резонаторов, один из которых удовлетворяет условиям теории «малых возмущений», а другой - нет.
Это позволяет правильно определять количество дополнительных резонаторов, требуемых для исключения погрешности определения диэлектрической проницаемости за счет излучения энергии из резонаторов в отверстия по предполагаемому поперечному сечению измеряемого стержня и его предполагаемой диэлектрической проницаемости, а также получить явные интерполяционные формулы, включающие измерения в разных резонаторах.
Известные резонаторные методы неразрушающего контроля диэлектрической проницаемости материалов сводятся к измерению параметров пустого и заполненного (частично заполненного) резонатора, на базе которых и вычисляются диэлектрические свойства контролируемых материалов.
При этом существующие соотношения требуют либо тонких вычислительных процессов, либо применения явных простых формул первого приближения теории «малых возмущений», вызывающих, однако, такие размерные ограничения контролируемых образцов (особенно в коротковолновой части сантиметрового диапазона электромагнитных волн), что метод становится совершенно непригодным для практики.
Так, например, для наиболее простых и явных формул первого приближения Боргниса [1] (в наших обозначениях)
где ε', ε'' - действительная и мнимая части диэлектрической проницаемости ε=ε'-jε'';
1
010
0
0
0
11
11
11
- тангенс угла диэлектрических потерь стержня радиусом r, помещенного в пустой цилиндрический ТМ-резонатор с резонансной частотой f и приведенной расстройкой частоты Δf/f, вызвавшего в нем изменение резонансной частоты и приведенной расстройки до значений f и Δf/f соответственно,
1max
существует серьезное ограничение, связывающее максимально допустимый радиус r стержня на данной частоте (т.е. при данном радиусе пустого резонатора R) с предполагаемым значением ε' диэлектрического материала в виде [2]
0
010
где . Здесь с - скорость света, f - резонансная частота пустого ТМ-резонатора правильной цилиндрической формы поперечного сечения с радиусом R.
1max
Это приближенное ограничение, например, для частот выше 10 ГГц и материалов с ε'>6 требует слишком малого радиуса r стержней, вплоть до 0,4 мм, что заметно повышает процент сломанных стержней в процессе их измерений.
В формулах (1) и (2):
1
- изменение приведенной резонансной частоты резонатора при внесении стержня радиусом r;
- приведенный радиус стержня в резонаторе радиусом R;
- изменение приведенной расстройки пустого резонатора  до расстройки .
Для ламп бегущей волны со спиральной замедляющей системой в качестве опорных изолирующих стержней обычно применяют теплопроводный низкопотерный материал в виде стержней протяженной длины (кратной 3-4 высотам измерительного резонатора), свойства которого необходимо оценивать на стержнях радиусом, большим по сечению, чем сечения, рекомендуемые ограничением (3).
010
Целью данного изобретения является ослабление ограничительного условия «малости возмущения» (3) самого чувствительного к диэлектрическим потерям доминантного ТМ-вида колебаний измерительного неперестраиваемого резонатора, предназначенного для измерений стержней с приведенным радиусом .
0
0
Технический результат достигается с помощью перехода к двум неперестраиваемым резонаторам, настроенным на одну и ту же частоту f и расстройку Δf, и двух калибровочных стержней с «охватывающими» измеряемые стержни приведенными радиусами  и  причем калибровочный стержень, вводимый в отверстие первого резонатора, имеет приведенный радиус , который удовлетворяет ограничительному условию (3), а калибровочный стержень второго резонатора, у которого приведенный радиус  - нет, при этом , причем в качестве основного измерительного резонатора используется второй резонатор.
На основе формул второго приближения обращенного оператора возмущения резонаторов для «охватывающих» приведенных радиусов калибровочных стержней и линейной интерполяции в интервале  получаем явные формулы для измерения партии стержней с приведенным радиусом  в резонаторе с большими отверстиями под калибровочный стержень , характеризующийся изменением резонансной частоты  и приведенной расстройкой .
При этом для стержня с приведенным радиусом S будем иметь  и .
В вышеприведенных обозначениях рабочими формулами являются
причем
Источники информации
1. Borgnis F. Die elektrische Grundschwingumg des kreiszylindrischen Zweischichten-Hohlraum. Hochfrequenztechnik und Elektroakustik, 1942, Bd 59, Heft 1, Seiten 22-26.
2. Брандт А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. - М.: ГИФМЛ, 1963. Стр.102.