Определение тангенса угла диэлектрических потерь твердых диэлектриков на высоких частотах

Несмотря на развитие техники диэлектрических измерений при испытаниях твердых диэлектриков на частотах от единиц до сотен мегагерц по-прежнему применяют ячейки с микрометрическим винтом. В данной работе представлены результаты определения тангенса угла диэлектрических потерь (tgδ) с учетом влияния индуктивности (L_n) и активного сопротивления (r_n) такой ячейки. При резонансных измерениях принимали во внимание конечную величину добротности (Q_k) контурной катушки индуктивности. Испытания с образцом диэлектрика и без него проводили при условии сохранения емкости ячейки. Показано, что влияние L_n заключается в завышении значений измеренного tgδ. Для исключения этого предложено дополнить существующие расчетные формулы множителем, зависящим от L_n, частоты и емкости образца. Кроме того, выявлено, что погрешность по tgδ существенно возрастает с уменьшением отношения характеристик диэлектрических потерь измерительной цепи, которое способны вызвать r_n и Q_k. Для достижения необходимой точности определений приведены требования, которым должны удовлетворять r_n и затухание контура без образца. На их основе разработаны условия, позволяющие оценить пригодность того или иного оборудования для измерения tgδ. Полученные результаты, подтвержденные экспериментально при резонансных испытаниях с применением куметра, могут быть использованы при высокочастотных измерениях tgδ с требуемой точностью.

1. Grove T. T., Masters M. F., Miers R. E. Determining dielectric constants using a parallel plate capacitor / Am. J. Phys. 2005. Vol. 73. Issue 1. P. 52 – 56. DOI: 10.1119/1.1794757.

2. Baker-Jarvis J., Janezic M., DeGroot D. High-frequency dielectric measurements / IEEE Instr. Mag. 2010. Vol. 13. Issue 2. P. 24 – 31. DOI: 10.1109/MIM.2010.5438334.

3. Tereschenko O. V., Buesink F. J. K., Leferink F. B. J. An overwiew of the techniques the dielectric properties of materials / XXX UPSI. General Assambly and Scientific Symposium. — IEEE, 2011. P. 1 – 4. DOI: 10.1109/URSIGASS.2011.6050287.

4. Radivojević V., Rupčić S., Srnović M., Benšić G. Measuring the dielectric constant of paper using a parallel plate capacitor / Int. J. Electr. Comp. Eng. Syst. 2018. Vol. 9. N 1. P. 1 – 10. DOI: 10.32985/ijeces.9.1.1.

5. Keysight Technologies. Measuring dielectric properties using keysight’s measurement solutions. Literature number 5991- 2171 EN, 2018. http://www.keysight.com (access 27.02.2020).

6. Митрохин В. Е., Агарков Н. Е. Определение диэлектрической проницаемости среды передачи в широком диапазоне частот / В кн.: Иновационные проекты и технологии в образовании, промышленности и на транспорте. — Омск: Омский государственный университет путей сообщения, 2018. С. 211 – 217.

7. Митрохин В. Е., Агарков Н. Е. К вопросу о возможности измерения конденсаторным методом диэлектрической проницаемости печатных плат и кабелей телекоммуникаций железнодорожного транспорта на высоких частотах / Известия Транссиба. 2019. ¹ 2(38). C. 136 – 146.

8. Keysight Technologies. Accessories catalog for impedance measurements. Literature number 5965-4792E, 2017. http://www.keysight.com (access 28.02.2020).

9. Kakimoto A., Ogawa I., Matsushita T. Improvements on the measurements of dielectric constant and dissipation factor in a wide frequency range / Review of Scientific Instrument. 1977. Vol. 48. Issue 12. P. 1570 – 1575. DOI: 10.1063/1.1134946.

10. Kakimoto A., Etoh A., Hirano K., Nonaka S. Precise measurement of dielectric properties at frequencies from 1 kHz to 100 MHz / Rev. Sci. Instr. 1987. Vol. 58. Issue 2. P. 269 – 275. DOI: 10.1063/1.1139320.

11. Подгорный Ю. В., Сергеева Е. И., Шахматов А. А. Ячейки для исследования параметров диэлектриков на ВЧ при воздействии различных внешних факторов / Межотраслевая науч.-техн. конф. «Методы, приборы и оборудование для типовых и специальных испытаний радиотехнических материалов»: сб. материалов. — М.: ВИМИ, 1979. C. 34 – 51.

12. Подгорный Ю. В., Лучников А. П. Влияние геометрических параметров измерительной ячейки на точность измерения диэлектриков / Международная науч.-практ. конф. «Фундаментальные проблемы пьезоэлектрического приборостроения»: сб. материалов. — М.: МИРЭА, 2003. C. 192 – 200.

13. Лучников А. П., Подгорный Ю. В. Общая модель ячейки плоского измерительного конденсатора для бесконтактного исследования диэлектрических характеристик материалов / V Международная науч.-техн. конф.: сб. материалов. — М.: МИРЭА, 2007. C. 89 – 93.

14. Лущейкин Г. А. Методы исследования электрических свойств полимеров. — М.: Химия, 1988. — 160 с.

15. Царьгородцев Ю. П., Чухланцев А. А., Кобылянский В. И. Метод и установка для измерения комплексной диэлектрической проницаемости составляющих растительности в диапазоне частот 30 – 300 МГц / Лесной вестник. 2005. № 3. C. 129 – 140.

16. Бакина Л. И., Зефиров В. Л., Голубев А. Н. Исследование технологии изготовления деталей из синтактных пенопластов низкой плотности для антенных устройств / XXV Международная науч.-техн. конф. «Информационные системы и технологии — 2019»: сб. материалов. — Нижний Новгород: Нижегородский государственный технический университет имени Р. Е. Алексеева, 2019. C. 134 – 138.