Определение температурных характеристик диэлектриков при высокотемпературном нагреве

В условиях полета достигнутые в нормальных, лабораторных условиях характеристики (диаграмма направленности, максимально высокий КПД, минимальный коэффициент отражения) могут сильно меняться. Антенная вставка, выполненная из пластика (диэлектрика), меняет электрические характеристики, поэтому все расчетные параметры антенны оказываются нарушенными. Поэтому для оценки изменения надо знать относительную диэлектрическую проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь . Теория поляризации диэлектриков не умеет рассчитывать эти характеристики при изменении давления, влажности и тем более температуры. Так как теоретически вычислить характеристики нельзя, то приходится обращаться к эксперименту.

В чем сложность в построении эксперимента? Во-первых, все проводимые нами измерения косвенные. Во-вторых, сложно получить в лаборатории высокую температуру (более 3000 К), моделирующую аэродинамический нагрев, и совместить измерительную и моделирующую технику.

С позиций совместной работы двух частей выделяют методы контактных измерений и методы бесконтактных измерений. Контактные методы заключаются в том, что испытуемый образец диэлектрика находится в контакте с измерительной аппаратурой. При бесконтактном методе образец диэлектрика находится в свободном пространстве (воздухе), не контактируя с частями измерительных устройств.

Начнем разговор с контактных методов.

Очевидным недостатком контактных методов является то, что по предельной рабочей температуре мы ограничены температурой плавления материала волновода, которая ниже, чем у диэлектрика (1500 К). Чаще всего используют платиновые измерительные волноводы. При температуре, превышающей 1500 К, проявляется еще один фактор – термоэлектронная эмиссия. Также мы можем замерить (без нагрева) до величины 10^-3, в то время как у хороших радиопрозрачных материалов эта величина 10^-4...10^-5.

1.1) Волноводный метод измерения.

Почему волноводный? Линии передачи для применяемых на борту частот – волноводы (так как используется СВЧ диапазон). Волноводные методы заключаются в том, что мы в волновод помещаем испытуемый образец материала и по структуре поля в волноводе, заполненном диэлектриком, пытаемся выйти на измеряемые характеристики.

Есть шесть вариантов размещения диэлектрика в волноводе. Направление подачи энергии Е₁ – слева направо (генератор СВЧ, питающий измерительный волновод, слева). На рис. а волновод работает на согласованную нагрузку. До образца диэлектрика на границе раздела воздух-диэлектрик (ввиду разных волновых сопротивлений) возникает отражение энергии Е₁^–. Отражается не вся энергия, часть её проходит внутрь и отражается от второй границе раздела (Е₂^–). Оставшаяся часть энергии Е₃⁺ проходит дальше и попадает на согласованную нагрузку. Так как нагрузка согласованная, вся попадающая на неё энергия поглощается.

На рис. б отрезок волновода заполнен, естественно, не бесконечным диэлектриком, а достаточно длинным образцом. Длина диэлектрика такова, что на всем его протяжении волна будет затухать.

На рис. в волновод работает на реактивную несогласованную нагрузку, от которой прошедшая мощность Е₃⁺ будет отражаться (Е₃^–).

Волноводные методы измерения параметров диэлектриков: