izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2024-2-49-54izmertech-2145Research ArticleЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯELECTROMAGNETIC MEASUREMENTSДиэлектрические свойства твёрдых материалов на сверхвысоких частотах: особенности практического применения методов измеренийSolid materials microwave dielectric properties: features of methods practical useКрыловВ. П.KrylovV. P.

Виталий Петрович Крылов

г. Обнинск, Калужская обл.

Vitalii P. Krylov

Obninsk, Kaluga region

krylov@obninsk.ruЧирковР. А.ChirkovR. A.

Роман Александрович Чирков

г. Обнинск, Калужская обл.

Roman A. Chirkov

Obninsk, Kaluga region

chirkov.ro@gmail.comЗабежайловМ. О.ZabezhaylovM. O.

Максим Олегович Забежайлов

г. Обнинск, Калужская обл.

Maksim O. Zabezhaylov

Obninsk, Kaluga region

zabezhailovmo@technologiya.ruХрамовА. Н.KhramovA. N.

Андрей Николаевич Храмов

г. Обнинск, Калужская обл.

Andrey N. Khramov

Obninsk, Kaluga region

ra3xar@mail.ruОбнинское научно-производственное предприятие «Технология» им А. Г. РомашинаРоссияObninsk Research and Production Enterprise A. G. Romashin “Technology”Russian Federation202409042024024954Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20242024ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/2145

Рассмотрены особенности практического применения методов измерений диэлектрических свойств материалов в разных (заводской и метрологической) лабораториях и влияние указанных выше особенностей на результаты измерений. Измерения выполнены в заводской радиофизической лаборатории Обнинского научно-производственного предприятия «Технология» им. А. Г. Ромашина и в метрологической лаборатории Восточно-Сибирского филиала Всероссийского научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений. Проанализированы результаты измерений относительной диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь образцов твёрдых материалов в диапазоне сверхвысоких частот электромагнитного излучения. По итогам исследования установлены ранее не описанные в литературе особенности практического применения стандартных методов измерений диэлектрических свойств материалов. При измерениях использованы цилиндрические волноводные измерительные резонаторы в составе измерительных установок и стандартизованные методики измерений. Применены два метода измерения в объёмном резонаторе – при фиксированной резонансной частоте (настройка в резонанс перемещением поршня) и при фиксированной резонансной длине (настройка в резонанс изменением резонансной частоты) – в заводской и метрологической лабораториях соответственно. Получена удовлетворительная воспроизводимость результатов измерений диэлектрических свойств образцов, соответствующих требованиям методов измерений. Выявлено уменьшение воспроизводимости результатов измерений диэлектрических свойств образцов из материалов, обладающих гигроскопичностью и неоднородностью свойств в объёме, и при несоблюдении требований метода по диаметру измеряемых образцов. Полученные данные можно использовать для повышения воспроизводимости измерений диэлектрических свойств материалов при практическом применении рассмотренных методов измерений.

Features of methods practical use for material dielectric properties measurement in different (factory and metrological) laboratories and influence of above mentioned features on measurements results are considered. Results are obtained by Obninsk Research and Production Enterprise “Technologiya” A. G. Romashin radiophysics laboratory and by East-Siberian branch Federal State Unitary Enterprise “Russian metrological institute of technical physics and radio engineering” department of radio engineering measurements. Results of microwave permittivity and loss tangent solid materials measurements are analysed. This investigation made it possible to get additional information about features of standard methods practical use for material dielectric properties measurement, which was absent in literature earlier. In laboratories for measurements used the waveguide resonator and the standardized techniques. The factory laboratory applied a measurement method at the fixed frequency with control in a resonance movement of the plunger, and in metrological laboratory a measurement method with the fixed length of the resonator and measurement at resonant frequencies. Results of measurements showed good reproducibility of results for samples that are meeting method requirements. It was revealed reducing reproducibility of measurements of hygroscopic, heterogeneous samples and in the case of nonobservance of diameter method requirements. Obtained results can be applied for reproducibility improvement of dielectric properties measurements in practical use of considered methods.

относительная диэлектрическая проницаемостьтангенс угла диэлектрических потерьизмерительный волноводный резонаторобразцы материаловpermittivity and loss tangent measurementsmeasuring waveguide resonatorsamples of materialsАвторы выражают благодарность коллективу отдела 14 Восточно-Сибирского филиала Всероссийского научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений (г. Иркутск) за проведённые измерения и особенно В. Н. Егорову за проявленный интерес к этой работе и ценные рекомендации по тексту статьи.Authors express their gratitude to the East-Siberian branch Federal State Unitary Enterprise “Russian metrological institute of technical physics and radio engineering” of employees for measurements, technical support, and personally to V. N. Egorov for interest to this work and valuable recommendations.ReferencesЕгоров В. Н. Резонансные методы исследования диэлектриков на СВЧ. Приборы и техника эксперимента, (2), 5–38 (2007). https://elibrary.ru/hzuksjEgorov V. N. Resonance methods for microwave studies of dielectrics (Review). Instruments and Experimental Techniques, 50, 143–175 (2007). https://doi.org/10.1134/S0020441207020017Крылов В. П. Учёт погрешностей определения диэлектрической проницаемости методом волноводного резона- тора. Метрология , (5), 33–36 (1994).Krylov V. P. Accounting of errors of definition of dielectric permeability by method of the waveguide resonator. Metrologiya, (5), 33–36 (1994). (In Russ.)Егоров В. Н., Кащенко М. В., Онхонов Р. Р. Точность диэлектрических измерений в объемном цилиндрическом Н01р резонаторе. Измерительная техника, (10), 41–45 (2003). https://elibrary.ru/pdahslEgorov V. N., Kashchenko M. V., Onkhonov R. R. The accuracy of dielectric measurements in a cylindrical cavity H01p resonator. Measurement Techniques, 46(10), 972–978 (2003). https://doi.org/10.1023/B:METE.0000010787.49804.c6Литовченко А. В. Особенности методики обработки результатов точных измерений ε и tgδ на СВЧ при нагреве образца. Заводская лаборатория. Диагностика материалов , 70(4), 31–36 (2004).Litovchenko A. V. Features of a technique of processing of results of exact measurements ε and tgδ on the microwave oven when heating a sample. Zavodskaya laboratoriya. Diagnostika materialov, 70(4), 31–36 (2004). (In Russ.)Li E., Nie Z., Guo G., Zhahg Q. Broadband measurements of dielectric properties of low-loss materials at high temperatures using circular cavity method. Progress In Electromagnetics Research, 92, 103–120 (2009). https://doi.org/10.2528/PIER09030904Li E., Nie Z., Guo G., Zhahg Q. Broadband measurements of dielectric properties of low-loss materials at high temperatures using circular cavity method. Progress In Electromagnetics Research, 92, 103–120 (2009). https://doi.org/10.2528/PIER09030904Фомин Д. Г., Дударев Н. В., Даровских С. Н. Анализ методов измерения диэлектрических свойств материалов в СВЧ диапазоне длин волн. Журнал радиоэлектроники: сетевой журнал, 6, 1–12 (2021). https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.6.6Fomin D. G., Dudarev N. V., Darovsky S. N. Analysis of methods for measuring the dielectric properties of materials in the microwave range of wavelengths. Zhurnal Radioelektroniki – Journal of Radio Electronics, 6, 1–12 (2021). (In Russ.) https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.6.6Severo S. L. S., de Salles A. A. A., Nervis B., Zanini B. K. Non-resonant permittivity Measurement methods. Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications, (1), 297–311 (2017). https://doi.org/10.1590/2179-10742017v16i1890Severo S. L. S., de Salles A. A. A., Nervis B., Zanini B. K. Non-resonant permittivity Measurement methods. Journal of Microwaves, Optoelectronics and Electromagnetic Applications, (1), 297–311 (2017). https://doi.org/10.1590/2179-10742017v16i1890Weir W. B. Automatic measurement of complex dielectric constant and permeability at microwave frequencies. Proceedings of IEEE, (1), 3–36 (1974). https://doi.org/10.1109/PROC.1974.9382Weir W. B. Automatic measurement of complex dielectric constant and permeability at microwave frequencies. Proceedings of IEEE, (1), 3–36 (1974). https://doi.org/10.1109/PROC.1974.9382Крылов В. П. Исследование связи собственной добротности объемного волноводного резонатора с погрешностью определения диэлектрической проницаемости. Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 89(4), 45–49 (2023). https://doi.org/10.26896/1028-6861-2023-89-4-45-49Krylov V. P. Study of the relationship between the intrinsic Q-factor of a volumetric wave resonator and the error in determining the dielectric constant of a material. Industrial laboratory. Diagnostics of materials, 89(4), 45–49 (2023). (In Russ.) https://doi.org/10.26896/1028-6861-2023-89-4-45-49Крылов В. П. Определение диэлектрической проницаемости материала в объемном резонаторе с учетом шероховатости поверхности образца. Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 87(5), 43–46 (2021). https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-5-43-46Krylov V. P. Determination of the permittivity of materials in a volume resonator with allowance for the surface roughness. Industrial laboratory. Diagnostics of materials, 87(5), 43–46 (2021). (In Russ.) https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-5-43-46Харитонов Д. В., Тычинская М. С., Анашкина А. А. и др. Керамические материалы для авиации и космоса: учеб. пособие. РХТУ им. Д. И. Менделеева, Москва (2022).Kharitonov D. V., Tychinskaya M. S., Anashkina A. A. et al. Ceramic materials for aviation and space: textbook. Mendelеev Russian Chemical Technology University Publ., Moscow (2022).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.