Диссертация (1103230), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Для образцов из фторопласта было получено, что = 2.03 + 0.003.2.4.2Полиамид-6Для оценки влияния потерь на процесс нестационарного отражения использовалисьматериалы с различными значениями тангенса угла потерь. В качестве диэлектрика обладающего относительно высокими потерями в миллиметровом диапазоне длин волн был выбранполиамид-6.
Данный материал часто встречается под названием капролон. Тангенс угла потерь капролона ≈ 10−2 [106,108]. Для измерения диэлектрической проницаемости использовался слой капролона толщиной 90 мм. Результаты измерений и теоретического расчетаприведены на рисунке 2.14. Теоретическая кривая на рисунке рассчитана для оптимальныхзначений ′ , ′′ .65Эксперимент90 мм, = 2.98 +0.037ir()0.60.40.20891011, ГГцРисунок 2.14 — Спектр отражения от 90-миллиметровой капролоновой пластинки. Теория иэксперимент.По полученным спектрам были определены относительные диэлектрические проницаемости этих материалов.
Для образца из полиамида-6 было получено, что = 2.98 + 0.037.2.4.3КварцВ эксперименте использовался набор диэлектрических слоев, изготовленных из кварцаразных марок КУ и КВ. Толщина слоев составляла 21 мм для кварца марки КУ и 17.3 ммдля кварца марки КВ. Полученные результаты представлены на рисунке 2.15.66а)б)Рисунок 2.15 — Спектр отражения от кварцевой пластинки. Теория и эксперимент. Дляслучаев: а) 17-миллиметровой пластинки; б) 21-миллиметровой пластинки.По полученным спектрам были определены относительные диэлектрические проницаемости этих материалов. Для кварца марки КУ было получено, что = 3.55 + 0.01, а длякварца марки КВ – = 3.56 + 0.012, соответственно.
Из эксперимента видно (см. рисунок 2.15), что эффективные потери для кварца того же порядка, что и для фторопласта.2.5Экспериментальное исследование явления нестационарногоотражения электромагнитного импульса от однослойных структур2.5.1Влияние потерь на процесс нестационарного отраженияКак было показано в пункте 2.1, при нестационарном отражении электромагнитныхимпульсов малой длительности от многослойных структур неотражающего типа существенную роль играют потери в слоях структур. Для экспериментального исследования влиянияпотерь в слоях на процесс нестационарного отражения было выбрано несколько материалов.В качестве диэлектриков с малыми потерями был выбран достаточно часто используемые вмикроволновой технике материал — фторопласт-4. А как материал с относительно высокимипотерями был выбран полиамид-6.Используя методику обработки экспериментальных результатов, описанную выше впунктах (2.3.1,2.3.2, 2.3.3), была получена огибающая отраженного сигнала от полуволновыхслоев, изготовленных из диэлектриков с различными значениями тангенса угла потерь.Для проведения измерений полуволновой слой устанавливался в середину свободноговолновода сечением 23х10 мм2 .
В качестве падающего сигнала использовался трапецеидаль67ный электромагнитный импульс длительностью 20 нс, длительность переднего и заднегофронтов которого составляла 7 нс. На рисунке 2.16 пунктирными линиями представленыэкспериментально полученные огибающие отраженного сигнала для полуволновых слоев,изготовленных из полиамида и фторопласта. Для наглядности показана огибающая падающего импульса, уменьшенная в 10 раз.Рисунок 2.16 — Огибающая отраженного сигнала (1 – падающий сигнал; 2 – экспериментальная кривая для слоя из фторопласта; 3 – теоретическая кривая для слоя из фторопласта;4 – экспериментальная кривая для слоя из полиамида; 5 – теоретическая кривая для слояиз полиамида)Также на рисунке 2.16 приведены результаты теоретического расчета.
Теоретическиекривые были получены методом импедансных характеристик с последующим применениемобратного преобразования Фурье. При расчете использовались следующие значения диэлектрической проницаемости: полиамид-6 = 2.98 + 0.037, фторопласт-4 = 2.03 + 0.003.Как видно из рисунка 2.16, результаты теоретического расчета хорошо согласуютсяс экспериментальными данными. Сравнивая результаты, полученные для фторопласта иполиамида, видим, что огибающие отраженного сигнала в этих двух случаях существенноотличаются.В случае материала с малыми потерями (фторопласт) видно, что отраженный сигнал вобласти постоянной амплитуды падающего импульса практически отсутствует. Отраженныйсигнал состоит из двух уединенных импульсов.
Наличие малых потерь приводит к тому,что амплитуда этих импульсов различна, а форма огибающих этих импульсов отличается отпрямоугольной. Данный результат показывает, что, даже при наличии малых потерь в слояхструктуры, необходимо их учитывать.При увеличении потерь в материале, сильно возрастает амплитуда отраженного сигнала в области постоянной амплитуды падающего импульса. При увеличении мнимой части68относительной диэлектрической проницаемости возрастает различие импульсов, сформированных при отражении от диэлектрического слоя переднего и заднего фронтов падающегосигнала. На рисунке 2.16 хорошо видно, что даже при наличии потерь в полуволновом слоесуществует момент времени, когда амплитуда отраженного сигнала близка к нулю.2.5.2 Влияние толщины диэлектрического слоя на процесснестационарного отраженияКак было показано в пункте 2.2.4, на амплитуду отраженного от диэлектрического слояс потерями сигнала влияет время установления стационарного процесса в слое. При возрастании этого времени происходит увеличение интенсивности отраженного сигнала.
Для экспериментального исследования влияния оптической толщины диэлектрической пластинки на процесс нестационарного отражения амплитудно-модулированного сигнала использовались триобразца, изготовленные из фторопласта. Толщина образцов составляла 30 мм, 60 мм, 90 мм.Образцы устанавливались в прямоугольный волновод, полностью заполняя его поперечноесечение. Для частоты = 8.4 ГГц в единицах длины волны слои имели толщину , 2, 3, соответственно.
В эксперименте на слой падал электромагнитный импульс с трапецеидальнойогибающей длительностью 10 нс. Длительность фронтов импульса составляла 3 нс. Центральная частота импульса = 8.4 ГГц. На рисунке 2.17 представлены экспериментальнополученные огибающие отраженного сигнала.Рисунок 2.17 — Импульсы, отраженные от слоев различной толщины (1 — падающий сигнал,2 — толщина слоя = ; 3 — толщина слоя = 2; 4 — толщина слоя = 3)69Для наглядности показана огибающая падающего сигнала, уменьшенная в 10 раз.
Изпредставленных результатов на рисунке 2.17 видно, что увеличение толщины слоя с = до = 2 приводит к возрастанию амплитуды отраженного сигнала в два раза, как и предсказывалось в 2.2.4 соотношением 2.33. С другой стороны, дальнейшее увеличение толщиныслоя от 2 до 3 не приводит к значительному увеличению амплитуды отраженного сигнала и искажает форму огибающей в области фронтов падающего импульса. Это объясняетсятем, что в этом случае длительность фронта падающего сигнала становится уже сравнимойсо временем прохождения волной слоя.2.5.3Влияние дисперсии на процесс нестационарного отраженияПри экспериментальном исследовании процесса нестационарного отражения удобно использовать многослойные структуры, собранные в волноводном тракте.
Такой подход позволяет зафиксировать слои многослойной структуры на требуемом расстоянии друг от друга свысокой точностью. При этом возникает необходимость учета влияния волноводной дисперсии на процесс нестационарного отражения.Одним из способов анализа влияния дисперсии на процесс нестационарного отражения,является изменение несущей частоты сигнала от области со слабой дисперсией к области ссильной дисперсией. Так как несущая частота сигнала должна совпадать с частотой минимального коэффициента отражения МИС, необходимо, чтобы коэффициент отражения отслоя имел несколько минимумов в рассматриваемом диапазоне частот.Рассмотрим процесс нестационарного отражения от слоя толщиной в 3 установленногов прямоугольный волновод сечением 23х10 мм2 . Волновод указанного сечения имеет частотуотсечки ≈ 6.5 ГГц. В диапазоне частот от и до частоты 2 ≈ 14.4ГГц в нем возбуждена только основная мода 10 .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
