Только PDF
Аннотация
Введение 4
1 Методы исследований электромагнитных характеристик материалов 7
1.1 Исследования характеристик материалов с малыми потерями 10
1.2 Исследования характеристик материалов с большими потерями 20
1.3 Методы расчета комплексной диэлектрической и магнитной проницаемости 22
2 Прямоугольный объёмный резонатор 26
2.1 Структура электромагнитного поля 26
2.2 Основной тип колебаний 28
2.3 Вывод формул для расчета диэлектрической и магнитной проницаемости с учётом размера и местоположения образца 31
2.4 Вывод формул для расчёта погрешности в 0 / за счёт неточной установки образца в рамках теории малых возмущений 36
3 Экспериментальные и численные исследования 39
3.1 Численное моделирование прямоугольного резонатора с образцом 39
3.1.1 Диэлектрический образец 39
3.1.2 Магнитодиэлектрический образец 41
3.2 Оценка относительной погрешности измерения комплексной диэлектрической проницаемости 43
3.3 Экспериментальные исследования электрофизических характеристик материалов с большими потерями 46
Заключение 49
Список использованных источников 51
Приложение А Отчет о патентных исследованиях 56
Приложение Б Справка об использовании в учебном процессе 65
В настоящее время при разработке новой радиоаппаратуры возникает
необходимость в проведении исследований современными методами
электромагнитных характеристик, а также коэффициентов отражения,
прохождения и поглощения природных и искусственных материалов в широком
частотном диапазоне. Для этих целей используются разные типы измерительных
ячеек: коаксиальные и микрополосковые резонаторы, рупора, открытые
резонаторы, измерительные конденсаторы, объёмные цилиндрические и
прямоугольные резонаторы и т. д. [1, 2]. Каждая из этих ячеек работает в
определенном частотном диапазоне.
Метод измерения комплексной диэлектрической проницаемости на СВЧ в
коаксиальной ячейке [2] используется для исследований небольшого количества
исследуемого образца, в связи с малыми размерами ячеек. Преимущества данного
метода заключаются в том, что данный метод применим для материалов,
поддающихся механической обработке, и является широкополосным [3 – 5].
Прямоугольный объемный резонатор используется для измерения параметров
материалов в дискретном наборе точек, соответствующих его резонансным
частотам [6]. Диапазон измерений зависит от размеров резонатора. Преимуществом
объемного резонатора является возможность измерений малого количества образца
исследуемого материала, а также измерение материалов с небольшими величинами
электромагнитных параметров. Для определения характеристик исследуемых
образцов материалов используется метод малых возмущений (ММВ). Но в случае
измерения параметров материалов с большими потерями большинство авторов
данный метод не используют в связи с его ограничениями на размер и
материальные параметры. Поэтому необходимо оценить возможность
применимости резонаторного метода в этом случае.
Цель магистерской диссертации – методами численного моделирования и
экспериментального исследования оценить границы применимости ММВ при
измерениях электромагнитных характеристик диэлектрических и
магнитодиэлектрических материалов с большими потерями в прямоугольном
резонаторе.
Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
5
а) обзор источников научно-технической литературы по теме диссертации,
освоение методик исследования электромагнитных характеристик материалов;
б) вывод аналитических выражений для диэлектрических и
магнитнодиэлектрических образцов в резонаторе, проведение численного
эксперимента;
в) изготовление и экспериментальные исследования комплексной
диэлектрической проницаемости композитов на основе диэлектрических
включений;
г) анализ результатов численного и натурного экспериментов;
д) обобщение результатов НИР, составление и редактирование текста
диссертации.
Объект исследования: электромагнитные характеристики диэлектрических и
магнитодиэлектрических материалов с большими потерями.
Методы исследования: резонаторный метод измерения электромагнитных
характеристик.
Предмет исследования: объемный прямоугольный резонатор.
Положения, выносимые на защиту (ПВЗ) диссертантом:
1) При исследовании неполярных диэлектриков при допустимом смещении
образца, относительный объем которого не превышает 4,3 × 10-3 %, в полости
резонатора вдоль широкой стенки не более 2 мм относительная погрешность
действительной части диэлектрической проницаемости составляет около 5 %,
мнимой – около 8 %. При смещении образца вдоль резонатора не более 5 мм
относительная погрешность действительной части диэлектрической
проницаемости составляет около 6 %, мнимой – около 10 %.
2) При исследовании магнитодиэлектрических материалов с большими
потерями при допустимом смещении образца, относительный объем которого не
превышает 4,3 × 10-3 %, в полости резонатора вдоль узкой стенки не более 3 мм
относительная погрешность действительной части магнитной проницаемости
составляет около 16 %, мнимой – около 17 %. При смещении образца вдоль
резонатора не более 5 мм относительная погрешность действительной части
магнитной проницаемости составляет около 15 %, мнимой – около 18 %....
