Диэлектрические свойства твёрдых материалов на сверхвысоких частотах: особенности практического применения методов измерений

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.

1. Егоров В. Н. Резонансные методы исследования диэлектриков на СВЧ. Приборы и техника эксперимента, (2), 5–38 (2007). https://elibrary.ru/hzuksj

2. Крылов В. П. Учёт погрешностей определения диэлектрической проницаемости методом волноводного резона- тора. Метрология , (5), 33–36 (1994).

3. 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/pdahsl

4. Литовченко 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).

5. 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/PIER09030904

6. Фомин 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/10.30898/1684-1719.2021.6.6

7. Severo 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/10.1590/2179-10742017v16i1890

8. Weir 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.1974.9382

9. Крылов 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/10.26896/1028-6861-2023-89-4-45-49

10. Крылов 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/10.26896/1028-6861-2021-87-5-43-46

11. Харитонов 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).