|
Kategorie: Diplomové, bakalářské práce |
Tento dokument chci!
Cílem této diplomové práce je vývoj měřicího pracoviště pro metodu měření komplexní permitivity ve volném prostoru. Na začátku diplomové práce je metoda popsána. Dále je pozornost zaměřena na diskusi týkající se elektromagnetických vlastností hmoty, srovnáním používaných metod pro měření komplexní permitivity, interakcí rovinné elektromagnetické vlny s rovinnou nekonečnou deskou obecného dielektrického prostředí a popisem vyzařovacích diagramů mikrovlnných antén. Ve zbytku práce je navrženo a vyrobeno měřicí pracoviště pro metodu měření ve volném prostoru. Jako zářič je vybrána pyramidální trychtýřová anténa. Anténa je navržena včetně přechodu koaxiální kabel – vlnovod v programu CST Microwave Studio, následně vyrobena ve dvou vzorcích a změřena. V závěru je vyrobené měřicí pracoviště využito k měření komplexní permitivity.
Tento závěr důležitý pro návrh
antén, které jsou určeny pro měření komplexní permitivity prostředí materiálů
metodou volného prostoru. Průměry takových svazků určených rozměrem
apertury antény jsou však poměrně velké. Proto je
nutné takových případech používat fokusované mikrovlnné svazky jejichž průměry
.
Pro vyjádření vzdálenosti rmax vlnových délkách lze rovnice (4.3) přepsat na
následující tvar[1]
. vzdálenostech větších rmax) se
vyzařovaná energie rozbíhá pod určitým úhlem, který určen velikostí vlnové délky λ0
a rozměrem apertury dle vzorců tabulky (Tab. 3. Dle provedených experimentů[1] lze usuzovat, šířka
optimálně fokusovaného svazku, splňující předchozí požadavek, velikost okolo 3λ0.
V této diplomové práci budou pro měření použity dvě identické pyramidální trychtýřové
antény pro kmitočtový rozsah GHz. Podle literatury uvedené v[1] měření, které má
chybu menší než vyžaduje, aby testovaný vzorek obcházelo méně než 10-3
celkové
energie dopadající vzorek.
Pro měření komplexní permitivity používají obdélníkové kuželové trychtýře. mnoha případech, kdy příčné rozměry
vzorků neznámých materiálů prostředí jsou malé, nelze tyto antény použít. Podle rovnice
(4. Tato
vzdálenost přibližně definována rovnicí (4.3 Typické rozložení elektromagnetického pole
před synfázně ozářenou aperturou
Z předchozí popsané teorie vyplývá, synfázně vybuzená apertura vytváří svazek
rovnoběžných paprsků pouze určité vzdálenosti rmax vyzařující apertury.
λ4
1
λ
2
00
max
=
dr
(4.2 Šířka svazku antény
Pro zajištění správného měření komplexní permitivity volném prostoru je
potřeba, aby mikrovlnná energie byla soustředěna svazku, který bude mít průměr
menší než jsou příčné rozměry vzorku.1).14
3.
3. Tento předpoklad zásadní
význam pro návrh antén, které vytvářejí svazky rovnoběžných paprsků.
Dle provedených experimentů[1] lze usuzovat, šířka Fresnelovy zóny, níž
synfázně ozářená anténa vytvoří svazek rovnoběžných paprsků, zvětšuje rozměrem
vyzařující apertury přibližně podle vztahu (4.3).7) tyto antény vytvářejí již vzdálenosti 2λ0 vyzařující antény rozbíhavý
svazek.
V praxi dle doporučení[1] používají pro vytváření svazku rovnoběžných
paprsků antény aperturami 5λ0.7)
Z tohoto vztahu lze usoudit, vzdálenost rmax, které došíří svazek
rovnoběžných paprsků vyzařovaných aperturou, tím větší, čím větší poměr
rozměru vyzařující apertury vlnové délce λ0. Antény, které mají rozměr apertury
d (2-3)λ0 nejsou vhodné pro vytváření svazků rovnoběžnými paprsky.
Jsou-li mikrovlnné svazky takto fokusovány, lze měřit vzorky minimálními příčnými
rozměry Dmin 3λ0[1].3)
