Введение к работе
Актуальность темы. В последнее время углеродосодер-жащие материалы (углепластики) широко применяются в радиотехнике сверхвысоких частот (СВЧ) в качестве материалов, обеспечивающих радиотехнические характеристики радиоэлектронных устройств; для изготовления рефлекторов антенн, в качестве защитных укрытий антенн и радиоэлектронной аппаратуры от мощного электромагнитного излучения, для маскировки объектов и т.д. При проектировании и конструировании радиотехнических устройств главной задачей является правильный выбор СВЧ диэлектриков, так как от них зависят технические характеристики будущего изделия. Для успешного применения композиционных материалов в радиотехнических системах необходимо знать их электродинамические характеристики, в частности, температурные зависимости комплексной диэлектрической проницаемости, т.к. использование этих материалов происходит зачастую в условиях нагрева.
Для экспериментального определения комплексной диэлектрической проницаемости диэлектриков и их температурных зависимостей необходимо разрабатывать методы и средства измерений и методики обработки результатов измерений электродинамических параметров композиционных материалов.
Как показал анализ, традиционно используемые методы измерений электродинамических параметров рассчитаны на материалы с малыми значениями диэлектрической проницаемости в и тангенса угла диэлектрических потерь tgS, и измерения в основном производятся з условиях нормальных температур. В силу специфических свойств используемых материалов, характеризующихся большими значениями є и tg5 традиционные методы измерения электродинамических характеристик не дают требуемую точность, что ведет к большим погрешностям измеряемых величин. Поэтому является актуальной задача создания измерительных устройств и разработка методик обработки результатов измерений для композиционных материалов уменьшающих погрешности измерений. Таким образом, актуальность темы непосредст-. венно связана с повышением точности измерения комплексной диэлектрической проницаемости композиционных, матег риалов в нормальных условиях и в условиях нагрева.
Цель и задачи работа. Основной целью диссертационной работы является разработка методик, устройств и рекомендаций для измерения комплексной диэлектрической
проницаемости импедансных материалов и ее температурных зависимостей при нагреве, на основе измерительных датчиков, а также разработка рекомендаций для практической реализации измерительных устройств и алгоритмов обработки результатов измерений измеряемых величин. Под им-педансными материалами понимаются материалы, обладающие большим характеристическим сопротивлением в используемом диапазоне частот.
Поставленная цель достигается решением следующих задач:
исследование методов и разработка устройств для измерения комплексной диэлектрической проницаемости импедансных материалов на СВЧ и, в том числе, в условиях нагрева;
теоретическое исследование и разработка волновод-ных, резонаторних и радиоволновых датчиков, применяющихся в измерении комплексной диэлектрической проницаемости импедансных материалов на СВЧ; ,
разработка рекомендаций по построению измерительных датчиков, имеющих уменьшенные погрешности измерений, на основе анализа условий, влияющих на точность измерений;
разработка рекомендаций по построению измерительной аппаратуры с целью уменьшения погрешности измерений;
разработка методик измерений и математического аппарата по обработке результатов измерений.
Научная новизна работы состоит в следующем.
-
Предложена точная электродинамическая модель радиоволнового датчика, позволяющая оценить эффект взаимодействия электромагнитной волны с низкоимпедансным материалом. На основе точной электродинамической модели радиоволнового датчика рассматривалось взаимодействие электромагнитной волны с исследуемым материалом в радиоволновом датчике, которое позволило разработать методику измерений с уменьшенной погрешностью.
-
Предложена конструкция зслповодньтх датчиков бегущей волны, позволяющая уменьшить инструментальную погрешность измерения комплексной диэлектрической проницаемости за счет распределенного взаимодействия электромагнитного поля с исследуемым образцом.
-
Разработано теоретическое обоснование функционирования волноводных датчиков бегущей волны для разных групп импедансных материалов.
-
Предложен новый метод измерений температурной зависимости комплексной диэлектрической проницаемости, основанный на применении зондирующей волны большой мощ-
ности, осуществляющий получение измерительной информации и нагрев образца.
5. Впервые выполнены экспериментальные исследования комплексной диэлектрической проницаемости для ряда материалов типа углепластиков радиотехнического назначения.
Практическая значимость диссертационной работал.
Разработанные конструкции-волноводных, резонаторных и радиоволновых датчиков и приведенные рекомендации по построению измерительных схем могут быть использованы при исследовании и измерении комплексной диэлектрической проницаемости новых импедансных материалов различных типов. Материалы диссертации позволяют производить исследования и измерения характеристик импедансных материалов в условиях нагрева.
Разработанный пакет программ позволяет автоматизировать процесс обработки результатов измерения комплексной диэлектрической проницаемости.
Основные положения, выносимые на Защиту
j.* Результаты исследования основных причин сіїнлчєнил точности измерения комплексной диэлектрической проницаемости импедансных материалов, полученные путем применения метода интегральных уравнений для описания взаимодействия электромагнитного поля с поглощающими. средами.
-
Исследование и разработка методик измерений комплексной диэлектрической проницаемости импедансных материалов на СВЧ, а так же в условиях интенсивного микроволнового нагрева.
-
Теоретическое и экспериментальное исследование волноводных, резонаторных и радиоволновых датчиков для измерения комплексной диэлектрической проницаемости импедансных материалов.
-
і-'азраоотка рекомендации для практической реализации построения измерительных датчиков и измерительных схем для измерения комплексной диэлектрической проницаемости импедансных материалов.
-
Разработка рекомендаций по уменьшению погрешностей измерения производимых с помощью волноводных, резонаторных и радиоволновых датчиков.
Методы проведения исследований. В работе используются современные теоретические и экспериментальные методы. К теоретическим методам относятся: методы инте-
тральных уравнений, собственных функций, теория теплопроводности и вычислительной математики.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на региональных [1], Всероссийских [11,12], международных [3,4,6,7,8], а также на 31-й и 32-й конференциях профессорско-преподавательского состава УлГТУ.
Внедрения результатов работы. Результаты диссерта-
гтт^^тггтлтг ч-i^t &.гхтт т пил ттт% /-, іттт т» UTJS~\ ^К/7\ DP" г л та ч ^ттпЛттг тті rrv./- _
цесс УлГТУ, что подтверждено соответствующими актами.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ.
Структура и об*ем работы. Диссертационная работа состоит' из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 116 наименований и 3 приложений. Диссертация содержит 196 с, в том числе: 175 с. основного текста, 4 таблицы и 57 рисунков.
