Исследование связи собственной добротности объемного волнового резонатора с погрешностью определения диэлектрической проницаемости материала

Для достижения высокой точности определения диэлектрических свойств материалов с использованием объемных волноводных резонаторов измерения проводят на резонансных колебаниях с высокой добротностью. При нахождении диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь материала погрешность определения резонансной частоты считается априорно заданной. При этом зависимость погрешности диэлектрических измерений от величины добротности резонансных колебаний не рассматривается. В работе представлены результаты исследования связи погрешности определения резонансной частоты с добротностью и коэффициентом передачи резонатора. На основе анализа модели вида резонансной кривой как частотной зависимости коэффициента передачи установлена связь погрешности определения резонансной частоты с добротностью типа колебаний, на которых проводятся измерения диэлектрических свойств материала. Это особенно важно при измерениях температурных зависимостей диэлектрической проницаемости материалов при нагреве на сверхвысоких частотах, когда с ростом температуры уменьшается проводимость стенок резонатора и снижается добротность резонансных колебаний. Показано, что повышение точности измерения коэффициента передачи — условие для достижения необходимой точности измерений диэлектрических свойств материалов при более низкой добротности резонатора. Полученные результаты могут быть использованы в исследованиях высокотемпературных резонаторных установок для измерения диэлектрических свойств материалов на сверхвысоких частотах.

1. Фомин Д. Г., Дударев Н. В., Даровских С. Н. Анализ методов измерения диэлектрических свойств материалов в СВЧ-диапазоне длин волн / Журнал радиоэлектроники. 2021. № 6. С. 1 – 12. DOI: 10.30898/1684-1719.20216.6

2. Сарафанов В. И. К вопросу об измерении комплексных диэлектрической и магнитной проницаемостей магнитодиэлектриков на сантиметровых волнах / Радиотехника и электроника. 1956. Т. 1. № 3. С. 320 – 328.

3. Зальцман Е. Б. Измерение tg δ диэлектриков методом передачи через резонатор / Приборы и техника эксперимента. 1965. № 6. С. 101 – 104.

4. Зальцман Е. Б. Еще раз об оптимальной толщине образца диэлектрика при измерении резонаторным методом / Измерительная техника. 1988. № 8. С. 37 – 39.

5. Батура В. Г., Гладышев Г. И., Дударенко В. С. и др. Комплект аппаратуры «Кварц» для измерения параметров диэлектриков / Электронная промышленность. 1973. № 8. С. 8 – 9.

6. Бреховских С. М., Демьянов В. В., Зальцман Е. Б., Литовченко А. В., Смирнов Г. А. Установка для измерения параметров диэлектриков в высокочастотном диапазоне при температурах до 2300 К / Приборы и техника эксперимента. 1985. № 4. С. 141 – 143.

7. Li E., Nie Z., Guo G., Zhahg Q. Broadband measurements of dielectric properyies of low-loss materials at high temperatures using circular cavity method / Progress in Electromagnetics Research, PIER 92. 2009. P. 103 – 120.

8. Егоров В. Н. Установка для измерения диэлектрических параметров материалов при нагреве до 1800 °C / Изв. вузов. 2013. Т. 56. № 8/2. С. 347 – 349.

9. Крылов В. П. Измерение диэлектрических свойств диоксида кремния на частоте 1010 ГГц при нагреве до 1200 °C в цилиндрическом волноводном резонаторе / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2007. Т. 73. № 9. С. 47 – 49.

10. Егоров В. Н. Резонансные методы исследования диэлектриков на СВЧ / Приборы и техника эксперимента. 2007. № 2. С. 5 – 38.

11. Литовченко А. В., Игнатенко Г. К. Некоторые аспекты метрологического обеспечения измерения диэлектрических свойств материалов на сверхвысокой частоте в интервале температур 20 – 1200 °C / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2010. Т. 76. № 8. С. 66 – 69.

12. Крылов В. П. Учет погрешностей определения диэлектрической проницаемости методом волноводного резонатора / Метрология. 1994. № 5. С. 33 – 36.

13. Егоров В. Н., Кащенко М. В., Онхонов Р. Р. Точность диэлектрических измерений в объемном цилиндрическом H01р-резонаторе / Измерительная техника. 2003. № 10. С. 41 – 45.

14. Литовченко А. В. Особенности методики обработки результатов точных измерений ε и tg δ на СВЧ при нагреве образца / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2004. Т. 70. № 4. С. 31 – 36.

15. Литовченко А. В. Высокоточный СВЧ-измеритель ε и tg δ нагреваемых образцов. / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2002. Т. 68. № 10. С. 35 – 38.

16. Литовченко А. В., Игнатенко Г. К. Влияние остаточного электрического зазора между образцом и поршнем резонатора при измерении диэлектрических характеристик материалов / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2012. Т. 78. № 11. С. 36 – 40.

17. Крылов В. П., Скрюченков Л. М. Резонаторная ячейка для измерения температурных зависимостей диэлектрической проницаемости на сверхвысоких частотах до 1200 °C / Приборы и техника эксперимента. 1996. № 2. С. 81 – 82.

18. Суворов А. В., Русинов А. В., Фищев В. Н., Алексеева Н. В. Высокотемпературные материалы с низким интегральным коэффициентом термического расширения / Огнеупоры и техническая керамика. 2008. № 2. С. 9 – 16.

19. Певнева Н. А., Гурский А. Л., Кострикин А. М. Метод свободного пространства с использованием векторного анализатора цепей для определения диэлектрической проницаемости материалов на сверхвысоких частотах / Доклады БГУИР. 2019. № 4. С. 32 – 39.

20. Дьяконова О. А., Казанцев Ю. Н., Каленов Д. С. Измерительный комплекс для определения электромагнитных характеристик материалов резонансным методом с помощью скалярных анализаторов цепей / Журнал радиоэлектроники. 2017. № 7.