ема вимірювань досить проста - перпендикулярно напрямку поширення хвилі ставиться площину, чия здатність до відбиття близька до ідеальної, і спостерігається картина стоячих хвиль.
Тангенс кута втрат визначається за формулою:
, (1.3)
де і - максимуми і мінімуми напруженості поля стоячої хвилі. Відстань між мінімумами. Найбільш ранній спробою реалізації подібного методу була робота Калініна В.І. Двухпроводная лінія простягалася через посудину, що заповнюється рідким діелектриком, і зондом знімалася картина полів в системі з рідиною і без оной.
До цього методу відноситься і наступний експеримент. Зразки діелектрика достатньої довжини заповнюють частину коаксіальної лінії до короткого замикання, а в поперечному перерізі зразок заповнює лінію не повністю. У що залишився просторі переміщається зонд. При аналізі системи методом еквівалентних схем (тобто перетворення коаксіальної лінії в електричний ланцюг з параметрами L і C) отримані наступні формули:
, (1.4)
де,
,
- довжина хвилі в лінії без діелектрика, - довжина хвилі при наявності діелектрика, - довжина хвилі в лінії за наявності трубки, - діелектрична проникність трубки, - радіуси внутрішнього дроти, діелектрика, трубки і зовнішнього проводу лінії відповідно.
Ці методи гарні в силу простоти свого математичного апарату та придатності для вимірювання рідких діелектриків в різному діапазоні з середніми втратами, але не придатні для вимірювання? твердих речовин.
1.2 Методи, засновані на розгляді хвиль, відбитих від зразка
Розглянемо метод короткозамкненою лінії. Якщо в деякій передавальної лінії є ділянка, заповнений досліджуваним діелектриком, тоді кожна з трьох областей (до діелектрика, з діелектриком і після діелектрика) характеризуватиметься постійними розповсюдження і хвильовими опорами. Постійні поширення визначаються через вимірювані вхідні опори ділянок лінії при різних положеннях короткозамикающего пластинки.
Друга середа замкнута накоротко:
, (1.5)
Замикаюча пластинка розташована на відстані чверті хвилі від задньої стінки зразка, загасання в третьому середовищі дорівнює нулю:
, (1.6)
Співвідношення (1.5) і (1.6) являють собою трансцендентні рівняння, і вирішувати їх треба графічно або чисельними методами за допомогою відповідних програм ПК.
Є також кілька приватних випадків, що призводять до більш простим виразами для визначення постійних поширення в досліджуваній середовищі:
1. Випадок діелектрика без втрат:
, (1.7)
Це рівняння простіше вирішити, ніж (1.6), тому є таблиці наближених значень для функції
2. У разі великих втрат, коли відбита хвиля не доходить до кордону розділу повітря-діелектрик, не треба вирішувати трансцендентне рівняння:
, (1.8)
Позбутися від трансцендентності також можна, якщо перейти до методу двох положень. А саме, вимірювання вхідних опорів лінії проводяться за наявності зразка для двох положень закорачівающего поршня:
зразок в точці короткого замикання,
відстань від зразка до закорочує пластини дорівнює чверті довжини хвилі.
Діелектрична проникність речовини в явному вигляді:
, (1.9)
де D - діаметри провідників, f - частота (Гц).
Для зразків з малими втратами:
, (1.10)
, (1.11)
Таким чином, вимірювання методом короткозамкненою лінії зведено до визначення КСВ і зміщення першого мінімуму. Похибки методу залежать від величини зазору між зразком і лінією і визначаються похибками зазначених вимірювань. Для зразків зі значеннями? Lt; 20 і tg? від 0.001 до 0.01 методи з використанням вимірювальної лінії дають похибку 1% при вимірюванні?, а tg? визначається з точністю вимірювання КСВ, тобто приблизно з похибкою 2%. До недоліків відносяться: необхідність точної підгонки зразка під розміри вимірювальної системи, незручність при вимірах на дециметровому діапазоні довжин хвиль і в загальному випадку - необхідність вирішення трансцендентних рівнянь.
Для вимірювання діелектричної проникності рідких діелектриків виготовляється спеціальна осередок, соединяемая з вертикально встановленої вимірювальної лінією, і знімаються показники індикатора при переміщенні поршня в комірці. Так можна зняти криву загасання ЕМВ залежно від товщини шару рідини. З цієї кривої можна визначити довжину хвилі в діелектрику () і коефіцієнт загасання?. З теорії хвилеводів випливає, що існують дійсна? і уявна?
, (1.12)
, (1.13)
Цей метод особливо гарний при вимірюванні діелектричної проникності рідин в сантиметровому і міліметровому діапазоні довжин хвиль, а також при вимірюванні діелектриків з великими вт...
