автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.02, диссертация на тему:Компьютерное моделирование влияния различия в термическом расширении волновода и твердого диэлектрика на результаты измерений ξ диэлектриков волноводным методом при высоких температурах

На правах рукописи

Масляков Сергей Александрович

<¿5

Компьютерное моделирование влияния различия в термическом расширении волновода и твердого диэлектрика на результаты измерений е* диэлектриков волноводным методом при высоких температурах

Специальность 05.09.02 - Электротехнические материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2005

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Полонский Юрий Александрович

доктор технических наук, профессор

Михайлов Виктор Федорович

кандидат технических наук, доцент

Кияткин Родион Петрович

Ведущая организация: ОАО «НИИ «Гириконд»

(г. Санкт-Петербург)

Защита состоится « У? » июня 2005 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета К 212.229.03 при ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу: 195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29, Главное здание, ауд. 325.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВП0«Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Автореферат разослан « ) (д> » мая 2005 г. Ученый секретарь

диссертационного совета К 212.229.03, к.т.н., доцент

Гумерова Н.И.

мое- у

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Развитие новых областей науки и техники требует применения диэлектрических материалов, работающих в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ) и при высоких температурах {I). Наиболее значимыми потребителями материалов такого рода являются ракетно-космическая и энергетическая промышленности.

Связь с летательными аппаратами и управление ими осуществляются с помощью радиосигналов СВЧ-дианазона, которые принимаются и излучаются антенными системами. Приемопередающие рупоры антенн и фазированные антенные решетки являются высокоточными, но в тоже время механически слабыми устройствами. В случае спускаемого аппарата, осуществляющего вход в плотные слои атмосферы Земли (или другой планеты), антенная система, расположенная в головной части управляемого объекта, подвергается агрессивному воздействию высоких температур (более 1000°С) и газовых потоков большой скорости. Для обеспечения защиты антенны при сохранении возможности осуществления радиосвязи используются обтекатели, изготовленные из диэлектрических (радиопрозрачных) материалов. Точное знание свойств этих материалов, в первую очередь, температурной зависимости комплексной диэлектрической проницаемости е*=бЧе", является необходимым условием для создания оптимальных по радиопрозрачности обтекателей, которые позволили бы максимально избежать возможности потери радиоконтакта с управляемым объектом.

Использование традиционных исчерпаемых ресурсов для производства энергии приближает топливный кризис в масштабах планеты, поэтому во всем мире ведутся интенсивные исследования в направлении создания альтернативных источников энергии. Одним из них является реакция термоядерного синтеза, при которой ядра изотопов водорода - детерия и трития, сливаясь и образуя ядро атома гелия, выделяют большое количество энергии. Конструкция термоядерного реактора (типа токамак), использующего магнитное удержание плазменного шнура в "горообразной внутренней полости, в настоящее время разрабатывается международным научным сообществом в рамках проекта ИТЭР. Для поддержания вещества в плазменном состоянии необходима постоянная энергетическая подпитка. Один из перспективных методов такой подпитки осуществляется посредством СВЧ-излучения, попадающего во внутреннюю полость термоядерного реактора через высокотемпературные окна (иллюминаторы) подвода СВЧ-энергии большой мощности, выполненные из диэлектрика. Для создания окна, обеспечивающего максимально эффективный подвод энергии и подвергающегося нагреву до высоких температур, необходимо знать основные диэлектрические свойства используемого материала - относительную диэлектрическую проницаемость (е1) и тангенс угла диэлектрических потерь (^5) при высокой температуре. Аналогичная проблема создания радиопрозрачных в СВЧ-диапазоне окон, подверженных высокотемпературному нагреву, имеет место и для таких источников мощных СВЧ-колебаний для термоядерных реакторов, как гиротроны.

Среди существующих методов измерения в* материалов в диапазоне СВЧ (волноводный, резонаторный, в свободном пространстве и др) для исследования диэлектриков при высоких температурах (более 1000°С) наиболее предпочтительном -является коротеозамкнутый вариант

волноводного метода с использованием волновода прям

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ ,

|уголь^^щ|ши^Этот метод является

С! О»

наиболее применимым в указанных условиях за счет ряда преимуществ, в частности, таких как возможность точного учета всех составляющих, влияющих на результат измерения за счет создания полной аналитической картины процессов распространения волны, и возможности измерения диэлектриков с высокими tg5, что будет иметь место при высоких температурах из-за превалирующего влияния в общей величине диэлектрических потерь, обусловленных потерями проводимости.

Вместе с тем при применении волноводного метода при высоких температурах возникает систематическая ошибка, связанная с изменением степени заполнения измерительного волновода образцом вследствие различных коэффициентов термического расширения металла волновода и исследуемого твердого диэлектрика. Возникающий газовый (воздушный) или вакуумный зазор между образцом и волноводом является функцией температуры и определяется температурными зависимостями коэффициентов расширения. Уменьшение степени заполнения волновода образцом ведет к возникновению существенной систематической погрешности - измеренные величины е' и tgS с ростом зазора оказываются заниженными по сравнению с результатами, относящимися к случаю полного (что, в принципе, неосуществимо при высоких температурах, кроме случая, когда коэффициенты расширения волновода и диэлектрика равны) заполнения волновода твердым диэлектриком. При этом величина занижения зависит также от температурной зависимости диэлектрических свойств исследуемого материала, в первую очередь, от величины е'.

Учет поправки на величину зазора, возникающего вследствие различий в лилейных коэффициентах термического расширения материалов волновода и образца, является сложной вычислительной задачей, требующей большого количества времени для пахождения точного и однозначного решения. Ошибки в определении значения е" могут привести к выходу из строя изделия, в котором применяется некорректно исследованный диэлектрик. В случае спускаемого аппарата это может привести к потере радиоконтакта на самом ответственном участке траектории при входе в плотные слои атмосферы и потере аппарата, а в случае термоядерного реактора типа токамак последствия могут быть от умеренных (затухание реакции синтеза) до катастрофических (разгерметизация внутренней полости реактора). Таким образом, проблема корректного учета влияния зазора и компьютеризация обработки результатов измерений, связанная с решением трансцендентных уравнений, позволяющие точно и однозначно определить величину е*, является актуальной задачей, позволяющей в случае эффективного решения избежать потерь дорогостоящего оборудования, которое содержит исследуемые материалы, и значительно сократить время одного полного цикла эксперимента.

Цель работы.

Предложить и реализовать эффективный и точный метод обработки экспериментальных данных, полученных при измерении диэлектрических свойств твердых материалов на СВЧ и при высокой температуре с применением короткозамкнутого волноводного метода с использованием прямоугольного волновода.

Для достижения указанной цели представляется необходимым решить следующие задачи' 1 Произвести математический анализ используемого теоретического аппарата для выбора оптимального метода решения заложенных в пего трансцендентных уравнений.

2. Компьютеризировать процесс обработки результатов измерений свойств диэлектриков на СВЧ при высокой температуре волноводным методом, разработав необходимое программное обеспечение (ПО) для современных ЭВМ.

3. Выполнить компьютерное моделирование влияния температурно-обусловленного газового (воздушного) зазора на результаты измерений волноводным методом СВЧ диэлектрических свойств твердых материалов при высоких температурах.

Научная новизна работы.

1. Предложена модификация метода дихотомии с использованием элементов искусственного интеллекта применительно к кусочно-монотонным функциям.

2. Разработан комплекс программного обеспечения, позволяющий обрабатывать результаты измерений и моделировать поведете различных комбинаций материалов диэлектрика и волновода, частоты СВЧ-излучения и температурного режима.

3. Впервые осуществлено компьютерное моделирование влияния температурно-обусловленного газового (воздушного) зазора на результаты измерений свойств диэлектриков в СВЧ-диапазоне при использовании прямоугольных волноводов различной конструкции.

Практическая значимость работы.

1. Сокращено более чем в 4 раза время одного полного цикла эксперимента за счет использования разработанного многоплатформенного портируемого комплекса программного обеспечения. Это достигается ускорением расчетной части примерно в 100 раз.

2. Произведен анализ зависимости измеренной относительной диэлектрической проницаемости от величины зазора в системе волновод-образец, что позволило сократить количество и стоимость экспериментов.

3. Подтверждено с помощью разработанного ПО влияние величины зазора на точность измерений е* волноводным методом.

4. Программное обеспечение, разработанное в процессе выполнения диссертационной работы, начиная с 2002 года, используется в СПбГПУ в учебном процессе при подготовке инженеров (специалистов) по направлению 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» по специальности 140611 «Электроизоляционная, кабельная и конденсаторная техника» на факультетах: электромеханическом, вечернем электрорадиотехническом, открытого и дистанционного образования.

На защиту выносятся:

1. Математический анализ расчетных уравнений и адаптивная модификация метода дихотомии.

2. Комплекс ПО, позволяющий выполнить анализ результатов измерений волноводным методом и моделирование поведения диэлектриков при различных температурах.

3. Результаты моделирования поведения диэлектриков, полученные с помощью разработанного ПО.

Достоверность результатов обеспечивается корректным использованием современных методов измерения электрофизических характеристик исследуемых материалов; достаточным количеством испытанных образцов; высокой степенью воспроизводимости результатов; их соответствием фундаментальным представлениям и новейшим сведениям, приведенным в отечественных и зарубежных публикациях, а также использованием специальных

вычислительных и алгоритмических методик, в том числе разработанных автором и внедряемых впервые, позволяющих всесторонне изучить поставленную проблему

Личный вклад автора определяется участием в постановке задачи исследований и в решении поставленных задач с использованием математического аппарата и созданного на основании вычислительного анализа программного обеспечения для цифровых ЭВМ Он также состоит в обработке, обобщении и анализе полученных результатов. Все приведенные в работе результаты получены лично автором, либо при его непосредственном участии.

Апообапия работы.

Результаты диссертационной работы были представлены на следующих конференциях и научных семинарах:

1 Всероссийская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии 98» (НМТ-

98). 17-18.11.98, Москва. 2. Четвертая Санкт-Петербургская ассамблея молодых ученых и специалистов. Санкт-Петербург, 1999.

3 Международная научно-техническая конференция «Изоляция-99». 15-18 06.1999, Санкт-Петербург.

4. Девятая Международная конференция «Физика диэлектриков» (Диэлектрики-2000). 1722.09.2000, Санкт-Петербург.

5. Четвертая Международная конференция по физико-техническим проблемам электротехнических материалов и компонентов (1СЕМС-2001). 24-27.09.2001, Клязьма.

6. Межвузовская научная конференция «XXX юбилейная неделя науки СПбГТУ». 26.11 01.12.2001, Санкт-Петербург.

7. Третья Международная конференция «Электрическая изоляция-2002» (1СЕ1-2002). 1821.06.2002, Санкт-Петербург.

8 Научно-практическая конференция и школа-семинар «Формирование технической политики инновационных наукоемких технологий» 14-16 06 2003, Санкт-Петербург.

9 VII Всероссийская конференция по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования в технических университетах» 20-21.06.2003, Санкт-Петербург.

Публикации.

Опубликовано 15 печатных работ, из них 13 по теме диссертации. Структура и объем диссертационной работы.

Работа состоит из списка основных сокращений и обозначений, введения, 3 глав, заключения, списка литературы (214 наименований) и 3 приложений на 2& страницах. Диссертация выполнена на 215 страницах машинописного текста, содержит 54 рисунка и 12 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определена цель диссертационной работы, приведены основные научные и практические результаты исследований, сформулированы положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен обзор работ, отражающих современные представления о методах исследования диэлектрических свойств твердых материалов при высокой температуре в СВЧ-диапазоне. Рассмотрены преимущества и недостатки широкого спектра методов измерений и обоснован выбор метода короткозамкнутой волноводной линии прямоугольного сечения для проведения исследований свойств в широком интервале температур. В частности, детально проанализированы резонансные методы, основанные на измерении изменения параметров резонанса системы при введении образца. Показано, что эта группа методов обладает очень высокой точностью и чувствительностью при исследовании материалов с низким уровнем диэлектрических потерь Однако начальные условия, предполагающие работу в диапазоне высоких температур, косвенно указывают на неизбежно высокие потери, которые возрастают с ростом температуры. В результате электромагнитная энергия поглощается материалом образца в такой степени, что перестают выполняться условия резонанса и, как следствие, пропадает возможность наблюдать изменения в соответствующих параметрах колебательной системы. Кроме того, эти методы требуют технически сложных подходов к задаче досгижения требуемых температур (свыше 1000°С) Эти особенности в совокупности приводят к выводу о малой применимости резонансных методов к поставленной задаче. Аналогичный вывод следует сделать и по методами измерения в*(7) в свободном пространстве - эти методы требуют применения образцов с большой площадью, что затрудняет их равномерный прогрев и ведет к увеличению погрешности измерений.

Далее в первой главе рассматриваются волноводные методы, которые основываются на наблюдении изменения параметров СВЧ-волны в волноводе при помещении в него исследуемого образца. Обладая меньшей точностью и чувствительностью в сравнении с резонансными методами, эта группа методов демонстрирует высокую степень применимости для высокотемпературных измерений. В частности, техническое решение задачи нагрева ооразца достигается намного более простыми методами - от простого нагрева системы волновод-образец с помощью электрической печи сопротивления до применения нагрева с помощью лазерного излучения с последующим учетом возникающего градиента температур по объему образца. В ю время как большинство материалов при нагреве до высоких температур уже выходят из диапазона применимости резонансных методов по параметру потерь, они все еще ос хаются в пределах допустимого для волноводного метода.

При рассмотрении поведения измерительной системы при нагревании отмечается необходимость учета изменяющегося газового (воздушного) зазора, возникающего вследствие различий коэффициентов термического расширения материалов волновода (благородный /РХ, 14+1111/ или тугоплавкий металл ЛУ, Мо/) и образца (диэлектрик). На рис. 1 изображено поперечное сечение прямоугольного волновода с образцом и возникающие в процессе нагрева между ними зазоры, величина которых зависит от /, Вертикальные линии соответствуют вектору напряженности электрического поля Ё. На рис. 2 приведены количественные примеры изменения степени заполнения (отношение Ь'/Ь, где Ъ и Ь' - размеры узкой стенки волновода и образца, соответственно) в зависимости от температуры при условии начального 100%-го заполнения платинового волновода образцами из широко распространенных высокотемпературных диэлектриков, применяемых при высоких температурах в качестве радиопрозрачных материалов.

Зазор-

щщттшмштттштшж

Волновод Образец"

ттттттштшшшшт

V

Рис. 1 Взаимная геометрия образца и волновода после нагрева

я 0.99 - —

0.98

1 |

1—■ 1 мёо |

1 1 ___ 1

X ВесГ1 1

X \ ^

—I 1—I Г--1 Г --—^

О 400 800 1200 1600

Рис. 2. Изменение степени заполнения Рг волновода от температуры (7, °С)

Как следует из рис. 1, величина вектора Ё по краям внутренней широкой стенки волновода меньше, чем в его центре. Это говорит о том, что, хотя в общем случае необходимо учитывать влияние зазора, как вдоль короткой стенки, так и вдоль широкой, тем не менее вкладом последнего можно пренебречь, так как его влияние будет значительно меньшим

Рис. 3. Блок-схема экспериментальной Рис 4 Эпюра стоячей волны в волноводе после

установки введения образца

Для завершения полной картины методов измерений в первой главе также рассматриваются прочие методы, такие как: измерения в свободном пространстве диэлектрических свойств вращающегося образца, подогреваемого ацетиленовыми горелками; интерферометрические методы; метод падающего нагретого образца; методы одновременного СВЧ-нагрева и измерения е* и другие. Несмотря на предлагаемые интересные инновационные решения применимость этих методов представляется очень ограниченной как вследствие сравнительно низкой точности, так и но причине механических или кинетических ограничений на анализируемые образцы.

На основании сравнительного анализа положительных и отрицательных сторон всех вышеупомянутых групп методов в работе делается вывод о целесообразности более детальной проработки одного из волноводных методов, блок-схема экспериментальной установки которого и эпюра стоячей волны при заполненном волноводе показаны на рис. 3 и 4, соответственно.

Ключевым моментом волноводного метода является переход от измеренных характеристик волны к параметрам истинной диэлектрической проницаемости и истинного уровня диэлектрических потерь. Отдельный акцент должен быть сделан именно на определении истинных величин, а не измеренных. Однако это сопряжено с решением сложных трансцендентных уравнений. Для решения этой задачи в работе предложено использовать современную цифровую ЭВМ, которая производила бы расчет по специально разработанной программе вычислений.

В завершении первой главы автором делаются выводы, обобщающие обзор методов, и формулируются цель и задачи диссертационной работы.

Вторая глава посвящена анализу расчетных уравнений для случая средних потерь в предположении, что в волноводе распространяется волна H0i без учета гибридных продольно-магнитных LM-волн, разрешению вычислительных сложностей и описанию дизайна и реализации разработанного программного обеспечения. Анализ вычислительных сложностей разделен по решаемым уравнениям Первое уравнение вида (1) позволяет вычислить величину измеренной диэлектрической проницаемости (е'^щ) на основании измерения параметров стоячей волны. Второе уравнение вида (2) учитывает поправку на газовый (воздушный) зазор для определения скорректированной величины истинной диэлектрической проницаемости (e'reai).

meat J j

-2a,

X, = -

1-

d,=d{\ + aj) a,=a-{l + aj)

(1)

где а, - линейный коэффициент температурного расширения (ЛКТР) материала образца; ак -ЛКТР материала волновода; ре - постоянная распространения волны в диэлектрике; X - длина волны генератора; - критическая длина волны для волновода заданной конфигурации; %% -длина волны в воздушной части волновода; - длина волны в материале образца; Д/ - смещение минимума стоячей волны после введения образца; а - ширина широкой стенки волновода при комнатной температуре; а, - ширина широкой стенки волновода при температуре I; <1 - толщина образца при комнатной температуре, й, - толщина образца при температуре г

2лЬ[ X

^Z-i -i = ,

. í'tgí'

2гг г-г- ~—,,

9 =

Ь; = Ь'(1 + а/)

где ф - вспомогательная функция; Ъ - длина узкой стенки волновода при комнатной температуре; Ь, - длина узкой стенки волновода при температуре I; Ь' - длина образца вдоль узкой стенки волновода при комнатной температуре; Ь\ - длина образца вдоль узкой стенки волновода при температуре е.

Для каждого из уравнений обосновывается выбор метода решения с учетом периодичности функции тангенса и ее уходом в бесконечность в окрестности асимптот. В работе предлагается аналитическим способом найти положения всех асимптот на заданном интервале поиска и затем поделить его этими асимптотами на подынтервалы (рис. 5). Для каждого подынтервала из области определения функции доказывается сходимость алгоритма численного поиска корня через доказательство монотонности. Вывод производится через нахождение соответствующих производных и анализ их поведения. Особое внимание уделяется вопросам гарантированного нахождения решения с учетом особенностей вычислений на цифровой ЭВМ. Рассматривается случай потери корня из-за ошибок округления и предлагается инновационный метод решения с элементами искусственного интеллекта.

0.2 0.4 0.6 0.8 х Степень заполнения

Рис. 5. Примерный вид графика функции для Рис. 6. Сравнение зависимостей для tg5rea: для уравнений (1) и (2) выражений Sucher & Fox и Маслякова

Су ть предлагаемого инновационного метода заключается в адаптивной выборке границ интервала поиска корня, гарантирующей его существование. Вместо использования рассчитанного положения асимптот, ограничивающих соответствующий подынтервал, вычисляется ширина интервала и его середина. Границы будущего интервала поиска помещаются в середину, а затем в цикле они раздвигаются в направлении соответствующих асимптот до тех пор, пока значения функции в получаемых точках не станут носить разные знаки. Выбрав в качестве начальной величины сдвига четверть длины отрезка, заключенного между асимптотами, и сокращая эту

величину при каждой итерации вдвое, для рассматриваемых функций можно гарантированно найти отрезок, на котором должен существовать один и только один корень.

Определение истинной величины диэлектрических потерь (tgSreai) производится на основании вычисления измеренной величины потерь (tgSmcas) по эмпирической формуле, предложенной в работе. Показывается, что известные выражения для учета поправки по tgS не обладают достаточной точностью и при легко достижимых условиях теряют физический смысл (рис. 6). В работе предлагается и обосновывается набор постулатов, из которых выводится соответствующее выражение.

Далее во второй главе анализируются плюсы и минусы различных подходов к реализации программы вычислений. При этом рассматривается широкий спектр решений от использования специализированных математических пакетов (MathCAD, MATLAB) до написания программы на языке высокого уровня типа «С++». Среди критериев участвует немаловажный фактор стоимости как инструментария разработки, так и среды, в которой будет выполняться результат. Сюда входит не только стоимость используемого математического пакета или компилятора языка высокого уровня, но также стоимость операционной системы и минимально необходимой аппаратной конфигурации. На основе детального рассмотрения этих критериев в работе сделан вывод, что наиболее эффективным и экономически оправданным способом реализации является самостоятельное написание программы на языке высокого уровня «С++» на платформе типа Linux. В качестве средств разработки при этом выбираются компилятор GNU СС v2.96, библиотека математических расчетов с произвольной точностью МАРМ, а также специализированный текстовый редактор для программистов NEdit v5.4.

Последняя часть второй главы посвящена процессу разработки программы расчетов и проведению с ее помощью компьютерного моделирования эксперимента для различных комбинаций материалов волновода и образца при различных степенях заполнения. Разработка программы состояла из создания прототипа, предназначенного для грубого определения целесообразности такой реализации, и последующего дизайна иерархии классов и взаимосвязей между ними.

Для проверки корректности работы прототипа были произведены несколько трудоемких и длительных (часы) ручных расчетов, по промежуточным и конечным результатам которых производилась отладка. В последствии прототип использовался для проверки корректности расчетов новой объектно-ориентированной (00) версии программы. Применение модульной 00 концепции позволило радикально повысить точность вычислений за счет адаптации интерфейса библиотеки математических расчетов с произвольной точностью (МАРМ), написанной на языке «С++», для применения в расчетной части разработанного программного обеспечения (ПО).

Результаты моделирования поведения системы с помощью созданного ПО для измерений на частоте 9.4 ГГц в прямоугольном волноводе сечением 23x10 мм для образцов из АЬОз, Si02, С (в виде алмаза), MgO, ВеО, а также двух керамик с е' = 40 и 100 при степени заполнения от 0 до 100% проиллюстрированы на рис. 7. На нем показана величина относительной погрешности определения е' в зависимости от степени заполнения для упомянутых материалов. Величина tgSreai оценивалась на основании расчета tgS^s с последующей корректировкой по формуле, предложенной в работе.

Как можно отметить из приведенных результатов

моделирования, величина ошибки в определении ег уменьшается по мере роста степени заполнения. В работе показано, что, несмотря на то, что при измерениях при высокой температуре величина газового (воздушного) зазора определяется линейными коэффициентами

термического расширения

материалов волновода и образца, не учтенная поправка может привести к неправильному функционированию конечного изделия. При этом следует учесть также, что на величину е*тск(0 оказывает свое влияние не только термическое расширение материалов волновода и твердого диэлектрика, но и температурная зависимость е*гы(0> определяемая при высоких температурах потерями проводимости.

В третьей главе описываются методика проведения эксперимента, различные варианты обработки измеренных величин, а также анализируются и обсуждаются основные экспериментальные результаты.

Первая часть третьей главы детально описывает виды образцов, которые могут быть использованы для измерений волноводным методом при высокой температуре. В частности, указывается, что геометрическая форма сечения измерительного волновода диктует форму образцов, которая должна быть как можно ближе к форме прямоугольных параллелепипедов. Отклонения от заданной формы, вызванные качеством обработки поверхности или неточностью выдержки заданных прямых углов, могут привести к значительным расхождениям результатов измерения с практикой. В случае измерения свойств анизотропных материалов или обладающих ориентированной структурой указывается на необходимость соблюдать направления граней по отношению к преобладающему направлению в структуре образца. Исследовавшиеся в работе материалы (полиметилметакрилат и кварцевое стекло марки КВ) являются изотропными, поэтому они не требуют соблюдения ориентации образца. В работе также приводится рекомендация по минимизации влияния качества обработки поверхности на результаты измерений. Однако при этом указываются возможные ограничения такого метода

В представляемой работе производились эксперименты с образцами различных геометрических размеров, изготовленных из полиметилметакрилата (ПММА), кварцевого стекла марки КВ, а также титаносодержащей керамики с относительной диэлектрической проницаемостью 40 V 100. Использование образцов из кварцевого стекла марки КВ было ценно с точки зрения проверки всей системы измерений и последующих вычислений, так как величина

0.6

0.4

0.2

0

0

0.2 0.4 0.6 0.8 Степень заполнения

Рис. 7. Относительная погрешность определения е' (ае')

в зависимости от степени заполнения

относительной диэлектрической проницаемости для кварцевого стекла марки КВ известна в широком диапазоне частот и ее значение является эталонным.

Все исследуемые образцы имели форму близкую к прямоугольным параллелепипедам, но обладали различными размерами узкой стенки Ъ'. Некоторые из образцов занимали сечение волновода целиком (Ь-Ь'~0), а некоторые заполняли его частично вдоль узкой стенки волновода (Ь-Ь'>0). Образцы второго типа позволяли сымитировать случай измерений при высокой температуре, который важен для рассматриваемой работы с точки зрения взаимного изменения геометрии волновода и образца и возникающей из-за этого разницы в степени заполнения. Эксперименты проводились в широком диапазоне степени заполнения (Ь'/Ь) вдоль узкой стенки волновода от примерно 32% до 100%. При этом для достижения наибольшего разнообразия этой величины, второй набор из кварцевого стекла был использован дважды — один раз в положении, когда величина толщины образца (с!) была наибольшей, а затем образцы были повернуты на 90 градусов вокруг широкой стороны волновода, что позволило получить повышенную степень заполнения, но уменьшило толщину образцов. Фактически производилась взаимная замена размерностей бис?.

В работе также рассматривалась возможность проведения экспериментов с материалами с высоким значением СВЧ диэлектрической проницаемости (г'=40 и 100/ К сожалению, было невозможно получить монолитные образцы таких веществ, и была предпринята попытка заменить их наборами из плоскопараллельных пластинок толщиной порядка 1 мм из соответствующей керамики. Образцы были получены в ОАО «НИИ «Гириконд» (Санкт-Петербург). Использовалась СВЧ керамика на основе оксидов Ва, Ьа и "Л с добавлением оксидов В1,№.

Вторая часть третьей главы детально описывает экспериментальную установку, как в целом, так и по отдельным компонентам, в состав которых входят генератор СВЧ (Г4-109), поляризационный волноводный аттенюатор (Д3-34А), измерительная линия (Р1-20), измеритель отношения напряжений (В8-7), а также короткозамкнутый измерительный волновод сечением 23x10 мм. Измерения производились на фиксированной частоте 9 4 ГГц.

Далее в третьей главе рассматривается порядок автоматизированного расчета с применением программы, разработанной в рамках настоящей диссертационной работы. Фактически эта часть является руководством пользователя по применению соответствующего программного обеспечения. Также в этой части приводится статистическая информация о среднем времени выполнения расчетов (примерно 1 минута с учетом времени на ввод данных) в сравнении с ручным методом (примерно 90 минут). Кроме того, приводится оценка влияния ускорения расчетов на время полного цикла измерений, значительную часть которого ранее составлял именно расчет графическими или табличными методами.

14

Последняя часть третьей главы представляет результаты измерений для упомянутых ранее образцов, а также анализ достоверности и воспроизводимости результатов. В частности, для образцов из ПММА были получены результаты, представленные на рис. 8. На этом графике, показаны три линии. Верхняя прямая соответствует справочному значению диэлектрической проницаемости (е-2.59) ПММА. Другие две линии соответствуют величинам измеренной (е'тем) и истинной (г'гы) проницаемости рассматриваемого материала. Чем ближе значение Е'геа1 или 8'теа! к верхней прямой, тем более точным являлся расчет этой величины. Как видно из графиков, нескорректированная величина Е'т«8 Дает заниженпое значение, в то время как рассчитываемая с учетом поправки на зазор е'геа1 значительно приближается к истинному справочному значению. Таким образом, предлагаемая методика обработки результатов измерений позволяет достичь повышенной точности, что, несомненно, должно сказаться на качестве изделий, использующих результаты рассматриваемых измерений.

Достоверность результатов измерений и расчетов демонстрируется в работе на примере эталонного материала - кварцевого стекла марки КВ. Для нескольких произвольно выбранных образцов был выполнен полный цикл измерений и последующей вычислительной обработки. Полученный результат по е'гы усреднялся и его величина (3.806) полностью соответствует данным, приводимым в Таблицах стандартных справочных данных ГСССД 33-82, изданных Госстандартом, согласно которым в диапазоне Ю-'+ю" Гц при 293 К диэлектрическая проницаемость этой марки кварцевого стекла равна 3.809±0.003.

Воспроизводимость результатов была показана па примере другой группы образцов из кварцевого стекла марки КВ. Для нескольких образцов производился полный цикл измерений включая расчет е'ГИ1 Затем для каждого из случаев рассчитывалась величина относительной погрешности и было показано, что в среднем погрешность не выходит за пределы 0.08% от эталонного значения. Это дает основание сделать вывод об удовлетворительной воспроизводимости результатов, полученных с помощью измерительной установки, использовавшейся в работе.

Основные выводы и результаты работы.

1. Разработан оптимизированный метод решения трансцендентных уравнений, позволяющий учесть влияние температурно-обусловленного газового (воздушного) зазора между исследуемым твердым диэлектриком и металлическим волноводом на результаты определения диэлектрических свойств твердых диэлектриков волноводным методом.

2. Предложен инновационный адаптивный вариант метода дихотомии для численного решения трансцендентных уравнений специального вида.

2.6

У

/

24 -- ,----^

/

2.2

/

/

У

-----е'

1.8----

- / " - 2 59

16 —| г~

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Степень заполнения

Рис. 8. Зависимость е'^щ и е'шо от степени

заполнения по Ъ для ПММА

3. Создан комплекс программного обеспечения, позволивший компьютеризировать процесс обработки результатов измерений волноводным методом На разных стадиях разработки использовались языки С, С++, Perl. Объем ядра вычислений составляет 1400 строк кода на языке С++ при использовании компьютерных библиотек STL и МАРМ.

4. Впервые произведено компьютерное моделирование влияния температурно-обусловленпого газового (воздушного) зазора на результаты измерений диэлектрических свойств твердых материалов волноводным методом.

5. Использование разработанного многоплатформенного комплекса программного обеспечения позволило сократить время необходимое для расчетов по результатам одного эксперимента примерно в 100 раз (с ~90 минут до ~1 минуты с учетом времени, затрачиваемого на ввод первичной экспериментальной информации в ЭВМ).

6. Установлено, что величина теплового зазора значительно влияет на результаты измерений свойств диэлектриков волноводным методом В частности, для кварцевого стекла марки KB, используемого в качестве эталонного материала для поверки отечественных и зарубежных диэлектрометров, измеренная величина относительной диэлектрической проницаемости почти линейно уменьшается с увеличением зазора.

7. Выявлено, что проанализированные и запрограммированные корректирующие уравнения для учета влияния температурно-обусловленного газового (воздушного) зазора, выведенные из начального предположения о распространении волны Ноь склонны давать возрастающую ошибку по мере роста е' и величины зазора, что объясняется ростом влияния в указанных условиях гибридных продольно-магнитных LM-волн.

8. Предложена и обоснована система критериев, на основании которых выведена новая эмпирическая формула для учета поправки на зазор для величины tg6. Расчет соответствующей величины включен в разработанное программное обеспечение.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах'

1. Полопский Ю.А., Масляков С А. Электроизоляционная кварцевая керамика и контроль ее свойств в диапазоне сверхвысоких частот / Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии - 98» (НМТ-98) 17-18.11 98, Москва М.: МАТИ, 1998.-С. 51-52.

2. Масляков С.А., Полонский Ю.А. Численное решение трансцендентных уравнений в задаче расчета свойств электроизоляционной кварцевой керамики / Тезисы докладов Четвертой Санкт-Петербургской ассамблеи молодых ученых и специалистов. Санкт-Петербург, 1999. - С. 51.

3. Полонский Ю.А., Масляков С.А. Влияние степени заполнения волновода образцом на результаты исследований диэлектриков волноводным методом в диапазоне СВЧ в интервале 20-И500°С/ Труды Международной научно-технической конференции «Изоляция-99» 1518.06.1999, Санкт-Петербург. СПб.: СПбГТУ, 1999. - С. 39-41.

4. Maslyakov S.A., Polonsky Yu.A. Computational difficulties in the problem of determination of the microwave properties of dielectrics at high temperature / Тезисы докладов 9 Международной конференции «Физика диэлектриков» (Диэлектрики-2000). 17-22.09.2000, Санкт-Петербург СПб.: РГПУ, 2000. Т. 2. - С. 98-99.

5. Масляков С.А., Полонский Ю.А. К вопросу применения волноводного метода для исследования СВЧ-диэлектриков при высоких температурах/ Научно-технические ведомости СПбГТУ. 2ООО. № 4. - С. 80-84.

6. Масляков С.А. Особенности использования ЭВМ в задаче исследования СВЧ свойств диэлектриков волноводным методом при высокой температуре / Труды Международной конференции по физико-техническим проблемам электротехнических материалов и компонентов (ICEMC-2001). 24-27.09.2001, Клязьма. М.: ИЭ МЭИ, 2001. - С. 61-62.

7. Манько Н.В., Полонский Ю.А., Масляков С.А. Влияние степени заполнения волновода диэлектриком на результаты измерений СВЧ диэлектрической проницаемости/ Материалы межвузовской научной конференции «XXX юбилейная неделя науки СПбГТУ». 26.11-01.12.2001, Санкт-Петербург. Ч. 2. СПб.: СПбГТУ, 2002. - С. 14-15.

8. Масляков С.А., Полонский Ю.А. Software Design for the Problem of Determination of Microwave Properties of Solids at High Temperature/ Труды 3 Международной конференции «Электрическая изоляция-2002» (ICEI 2002) 18-21.06 2002, Санкт-Петербург. СПб.: Нестор, 2002. - С. 83-87.

9. Масляков С.А., Полонский Ю.А. Инновационное использование адаптивных алгоритмов в вычислительной части задачи определения свойств диэлектриков волноводным методом / Материалы научно-практической конференции и школы-семинара «Формирование технической политики инновационных наукоемких технологий». 14-16.06.2003, Санкт-Петербург. СПб.: СПбПТУ, 2003. - С. 154-159.

10. Масляков С.А. Методика гарантированного нахождения решения уравнения в задаче определения свойств диэлектриков волноводным методом / Материалы VII Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования в технических университетах». 20-21.06.2003, Санкт-Петербург. СПб.: СПбГПУ, 2003. - С. 85-86.

11. Манько Н В , Полонский Ю.А., Масляков С.А. Влияние воздушного зазора на результаты измерений СВЧ диэлектрических свойств твердых диэлектриков волноводным методом / Материалы межвузовской научной конференции «ХХХП неделя науки СПбГПУ». 24-29.1! .2003, Санкт-Петербург. Ч. 2. СПб.: СПбГПУ, 2004. - С. 46-47.

12. Масляков С.А., Полонский Ю.А. Компьютерное моделирование влияния температурно-обусловленного зазора на измерения свойств твердых СВЧ-диэлектриков волноводным м сю дом / Тезисы докладов 10 Международной конференции «Физика диэлеюриков-2004» (ICD 2004). 2327.05.2004, Санкт-Петербург. СПб.: РГПУ, 2004. - С. 361-366.

13. Полонский Ю.А., Масляков С.А. Компьютерный расчет диэлектрической проницаемости материалов при измерениях волноводным методом в диапазоне СВЧ / Электротехника. 2005 № 3. -С. 30-34.

Лицензия ЛР №020593 от 07.08.97

Подписано в печать Формат 60x84/16. Печать офсетная.

Уч. печ. л. . Тираж /00 . Заказ .

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая, 29.

I

/

V

m 015б

РНБ Русский фонд

2006^4 6105

г

Введение.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Введение.

1.2. Применение диэлектриков в СВЧ-технике.

1.3. Обзор общих методов исследования диэлектриков на СВЧ.

1.3.1. Резонансные методы.

1.3.2. Волноводные методы.

1.3.3. Другие методы.

1.4. Высокотемпературные методы.

1.4.1. Резонансные методы.

1.4.2. Волноводные методы.

1.4.3. Другие методы.

1.5. Выбор метода.

1.6. Вычислительные сложности.

1.7. Другие аспекты.

1.8. Выводы и постановка задачи.

Глава 2. Анализ расчетных уравнений и разработка ПО.

2.1. Анализ расчетных уравнений.

2.1.1. Анализ уравнения без учета зазора.

2.1.2. Анализ корректирующего уравнения.

2.1.3. Выводы по результатам анализа.

2.2. Разработка программного обеспечения.

2.2.1. Возможные подходы.

2.2.2. Создание прототипа.

2.2.3. Разработка первой версии.

2.2.4. Разработка второй версии.

2.2.5. Элементы адаптивности и искусственного интеллекта.

2.2.5.1. О представлении чисел в цифровой ЭВМ.

2.2.5.2. Открытые интервалы и точность цифровых данных.

2.2.5.3. Адаптивный поиск величины отступа.

2.2.5.4. Использование ПО для моделирования эксперимента.

2.2.5.5. Выводы и результаты.

Глава 3. Экспериментальная часть.

3.1. Объекты исследования.

3.2. Экспериментальная установка.

3.2.1. Генератор СВЧ.

3.2.2. Аттенюатор.

3.2.3. Измерительная линия.

3.2.4. Измерительный волновод.

3.2.5. Измеритель отношения напряжений.

3.3. Методика измерений.

3.3.1. Подготовка образцов и измерительной установки.

3.3.2. Измерение геометрии образцов.

3.3.3. Измерение смещения положения минимума.

3.4. Подготовка результатов первичных измерений к расчету.

3.5. Порядок ручного расчета.

3.5.1. Решение первого уравнения (22).

3.5.2. Решение второго уравнения (23).

3.5.3. Смешанный вариант решения.

3.6. Порядок автоматизированного расчета.

3.6.1. Решение уравнений на ЭВМ.

3.7. Анализ результатов.

3.8. Результаты экспериментов.

3.8.1. Результаты измерения е'reai для ПММА.

3.8.2. Результаты измерения e'reai для кварцевого стекла.

3.8.3. Анализ результатов.

3.9. Выводы по итогам проведения экспериментов.

Актуальность работы.

Развитие новых областей науки и техники требует применения диэлектрических материалов, работающих в диапазоне сверхвысоких частот (СВЧ) и при высоких температурах (/). Наиболее значимыми потребителями материалов такого рода являются ракетно-космическая и энергетическая промышленности.

Связь с летательными аппаратами и управление ими осуществляются с помощью радиосигналов СВЧ-диапазона, которые принимаются и излучаются антенными системами. Приемо-передающие рупоры антенн и фазированные антенные решетки являются высокоточными, но в тоже время механически слабыми устройствами. В случае спускаемого аппарата, осуществляющего вход в плотные слои атмосферы Земли (или другой планеты), антенная система, расположенная в головной части управляемого объекта, подвергается агрессивному воздействию высоких температур (более 1000°С) и газовых потоков большой скорости. Для обеспечения защиты антенны при сохранении возможности осуществления радиосвязи используются обтекатели, изготовленные из диэлектрических (радиопрозрачных) материалов. Точное знание свойств этих материалов, в первую очередь, температурной зависимости комплексной диэлектрической проницаемости 8*=8'-ie", является необходимым условием для создания оптимальных по радиопрозрачности обтекателей, которые позволили бы максимально избежать возможности потери радиоконтакта с управляемым объектом.

Использование традиционных исчерпаемых ресурсов для производства энергии приближает топливный кризис в масштабах планеты, поэтому во всем мире ведутся интенсивные исследования в направлении создания альтернативных источников энергии. Одним из них является реакция термоядерного синтеза, при которой ядра изотопов водорода - дейтерия и трития, сливаясь и образуя ядро атома гелия, выделяют большое количество энергии. Конструкция термоядерного реактора (типа токамак), использующего магнитное удержание плазменного шнура в торообразной внутренней полости, в настоящее время разрабатывается международным научным сообществом в рамках проекта ИТЭР. Для поддержания вещества в плазменном состоянии необходима постоянная энергетическая подпитка. Один из перспективных методов такой подпитки осуществляется посредством СВЧ-излучения, попадающего во внутреннюю полость термоядерного реактора через высокотемпературные окна (иллюминаторы) подвода СВЧ-энергии большой мощности, выполненные из диэлектрика. Для создания окна, обеспечивающего максимально эффективный подвод энергии и подвергающегося нагреву до высоких температур, необходимо знать основные диэлектрические свойства используемого материала - относительную диэлектрическую проницаемость ч е') и тангенс угла диэлектрических потерь (tg5) при высокой температуре. Аналогичная проблема создания радиопрозрачных в СВЧ-диапазоне окон, подверженных высокотемпературному нагреву, имеет место и для таких источников мощных СВЧ-колебаний для термоядерных реакторов, как гиротроны.

Среди существующих методов измерения е* материалов в диапазоне СВЧ (волноводный, резонаторный, в свободном пространстве и др.) для исследования диэлектриков при высоких температурах (более 1000°С) наиболее предпочтительным является короткозамкнутый вариант волноводного метода с использованием волновода прямоугольного сечения. Этот метод является наиболее применимым в указанных условиях за счет ряда преимуществ, в частности, таких как возможность точного учета всех составляющих, влияющих на результат измерения за счет создания полной аналитической картины процессов распространения волны, и возможности измерения диэлектриков с высокими tg5, что будет иметь место при высоких температурах из-за превалирующего влияния в общей величине диэлектрических потерь, обусловленных потерями проводимости.

Вместе с тем при применении волноводного метода при высоких температурах возникает систематическая ошибка, связанная с изменением степени заполнения измерительного волновода образцом вследствие различных коэффициентов термического расширения металла волновода и исследуемого твердого диэлектрика. Возникающий газовый (воздушный) или вакуумный зазор между образцом и волноводом является функцией температуры и определяется температурными зависимостями коэффициентов расширения. Уменьшение степени заполнения волновода образцом ведет к возникновению существенной систематической погрешности — измеренные величины е' и tg5 с ростом зазора оказываются заниженными по сравнению с результатами, относящимися к случаю полного (что, в принципе, неосуществимо при высоких температурах, кроме случая, когда коэффициенты расширения волновода и диэлектрика равны) заполнения волновода твердым диэлектриком. При этом величина занижения зависит также от температурной зависимости диэлектрических свойств исследуемого материала, в первую очередь, от величины е'.

Учет поправки на величину зазора, возникающего вследствие различий в линейных коэффициентах термического расширения материалов волновода и образца, является сложной вычислительной задачей, требующей большого количества времени для нахождения точного и однозначного решения. Ошибки в определении значения е* могут привести к выходу из строя изделия, в котором применяется некорректно исследованный диэлектрик. В случае спускаемого аппарата это может привести к потере радиоконтакта на самом ответственном участке траектории при входе в плотные слои атмосферы и потере аппарата, а в случае термоядерного реактора типа токамак последствия могут быть от умеренных (затухание реакции синтеза) до катастрофических (разгерметизация внутренней полости реактора). Таким образом, проблема корректного учета влияния зазора и компьютеризация обработки результатов измерений, связанная с решением трансцендентных уравнений, позволяющие точно и однозначно определить величину 8*, является актуальной задачей, позволяющей в случае эффективного решения избежать потерь дорогостоящего оборудования, которое содержит исследуемые материалы, и значительно сократить время одного полного цикла эксперимента.

Цель работы.

Предложить и реализовать эффективный и точный метод обработки экспериментальных данных, полученных при измерении диэлектрических свойств твердых материалов на СВЧ и при высокой температуре с применением короткозамкнутого волноводного метода с использованием прямоугольного волновода.

Для достижения указанной цели представляется необходимым решить следующие задачи:

1. Произвести математический анализ используемого теоретического аппарата для выбора оптимального метода решения заложенных в него трансцендентных уравнений.

2. Компьютеризировать процесс обработки результатов измерений свойств диэлектриков на СВЧ при высокой температуре волноводным методом, разработав необходимое программное обеспечение (ПО) для современных ЭВМ.

3. Выполнить компьютерное моделирование влияния температурно-обусловленного газового (воздушного) зазора на результаты измерений волноводным методом СВЧ диэлектрических свойств твердых материалов при высоких температурах.

Научная новизна работы. 1. Предложена модификация метода дихотомии с использованием элементов искусственного интеллекта применительно к кусочно-монотонным функциям.

2. Разработан комплекс программного обеспечения, позволяющий обрабатывать результаты измерений и моделировать поведение различных комбинаций материалов диэлектрика и волновода, частоты СВЧ-излучения и температурного режима.

3. Впервые осуществлено компьютерное моделирование влияния температурно-обусловленного газового (воздушного) зазора на результаты измерений свойств диэлектриков в СВЧ-диапазоне при использовании прямоугольных волноводов различной конструкции.

Практическая значимость работы.

1. Сокращено более чем в 4 раза время одного полного цикла эксперимента за счет использования разработанного многоплатформенного портируемого комплекса программного обеспечения. Это достигается ускорением расчетной части примерно в 100 раз.

2. Произведен анализ зависимости измеренной относительной диэлектрической проницаемости от величины зазора в системе волновод-образец, что позволило сократить количество и стоимость экспериментов.

3. Подтверждено с помощью разработанного ПО влияние величины зазора на точность измерений с* волноводным методом.

4. Программное обеспечение, разработанное в процессе выполнения диссертационной работы, начиная с 2002 года, используется в СПбГПУ в учебном процессе при подготовке инженеров (специалистов) по направлению 140600 «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» по специальности 140611 «Электроизоляционная, кабельная и конденсаторная техника» на факультетах: электромеханическом, вечернем электрорадиотехническом, открытого и дистанционного образования.

На защиту выносятся:

1. Математический анализ расчетных уравнений и адаптивная модификация метода дихотомии.

2. Комплекс ПО, позволяющий выполнить анализ результатов измерений волноводным методом и моделирование поведения диэлектриков при различных температурах.

3. Результаты моделирования поведения диэлектриков, полученные с помощью разработанного ПО.

Достоверность результатов обеспечивается корректным использованием современных методов измерения электрофизических характеристик исследуемых материалов; достаточным количеством испытанных образцов; высокой степенью воспроизводимости результатов; их соответствием фундаментальным представлениям и новейшим сведениям, приведенным в отечественных и зарубежных публикациях, а также использованием специальных вычислительных и алгоритмических методик, в том числе разработанных автором и внедряемых впервые, позволяющих всесторонне изучить поставленную проблему.

Личный вклад автора определяется участием в постановке задачи исследований и в решении поставленных задач с использованием математического аппарата и созданного на основании вычислительного анализа программного обеспечения для цифровых ЭВМ. Он также состоит в обработке, обобщении и анализе полученных результатов. Все приведенные в работе результаты получены лично автором, либо при его непосредственном участии. Апробация работы.

Результаты диссертационной работы были представлены на следующих конференциях и научных семинарах:

1. Всероссийская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии-98» (НМТ-98). 17-18.11.98, Москва.

2. Четвертая Санкт-Петербургская ассамблея молодых ученых и специалистов. Санкт-Петербург, 1999.

3. Международная научно-техническая конференция «Изоляция-99». 15— 18.06.1999, Санкт-Петербург.

4. Девятая Международная конференция «Физика диэлектриков» (Диэлектрики-2000). 17-22.09.2000, Санкт-Петербург.

5. Четвертая Международная конференция по физико-техническим проблемам электротехнических материалов и компонентов (ICEMC-2001). 2427.09.2001, Клязьма.

6. Межвузовская научная конференция «XXX юбилейная неделя науки СПбГТУ». 26.11-01.12.2001, Санкт-Петербург.

7. Третья Международная конференция «Электрическая изоляция-2002» (ICEI-2002). 18-21.06.2002, Санкт-Петербург.

8. Научно-практическая конференция и школа-семинар «Формирование технической политики инновационных наукоемких технологий». 1416.06.2003, Санкт-Петербург.

9. VII Всероссийская конференция по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования в технических университетах». 2021.06.2003, Санкт-Петербург.

Публикации.

Опубликовано 15 печатных работ, из них 13 по теме диссертации.

Структура и объем диссертационной работы.

Работа состоит из списка основных сокращений и обозначений, введения,

3 глав, заключения, списка литературы (214 наименований) и 3 приложений на

26 страницах. Диссертация выполнена на 215 страницах машинописного текста, содержит 54 рисунка и 12 таблиц.

Основные выводы и результаты работы.

1. Разработан оптимизированный метод решения трансцендентных уравнений, позволяющий учесть влияние температурно-обусловленного газового (воздушного) зазора между исследуемым твердым диэлектриком и металлическим волноводом на результаты определения диэлектрических свойств твердых диэлектриков волноводным методом.

2. Предложен инновационный адаптивный вариант метода дихотомии для численного решения трансцендентных уравнений специального вида.

3. Создан комплекс программного обеспечения, позволивший компьютеризировать процесс обработки результатов измерений волноводным методом. На разных стадиях разработки использовались языки С, С++, Perl. Объем ядра вычислений составляет 1400 строк кода на языке С++ при использовании компьютерных библиотек STL и МАРМ.

4. Впервые произведено компьютерное моделирование влияния температурно-обусловленного газового (воздушного) зазора на результаты измерений диэлектрических свойств твердых материалов волноводным методом.

5. Использование разработанного многоплатформенного комплекса программного обеспечения позволило сократить время необходимое для расчетов по результатам одного эксперимента примерно в 100 раз (с ~90 минут до ~1 минуты с учетом времени, затрачиваемого на ввод первичной экспериментальной информации в ЭВМ).

6. Установлено, что величина теплового зазора значительно влияет на результаты измерений свойств диэлектриков волноводным методом. В частности, для кварцевого стекла марки KB, используемого в качестве эталонного материала для поверки отечественных и зарубежных диэлектрометров, измеренная величина относительной диэлектрической проницаемости почти линейно уменьшается с увеличением зазора.

7. Выявлено, что проанализированные и запрограммированные корректирующие уравнения для учета влияния температурно-обусловленного газового (воздушного) зазора, выведенные из начального предположения о распространении волны Ноь склонны давать возрастающую ошибку по мере роста г' и величины зазора, что объясняется ростом влияния в указанных условиях гибридных продольно-магнитных LM-волн.

8. Предложена и обоснована система критериев, на основании которых выведена новая эмпирическая формула для учета поправки на зазор для величины tgS. Расчет соответствующей величины включен в разработанное программное обеспечение.

1. Radome Engineering Handbook. Design and Principles / J.D. Walton, Jr., ed.- New York: Marcel Dekker, 1970. 592 p.

2. Мартин Дж. Вход в атмосферу. Введение в теорию и практику. М.: Мир, 1969.-320 с.

3. Paris D. Т. Computer-Aided Radome Analysis / IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1970. V. AP-18. № 1. P. 7-15.

4. Воробьев E.A., Михайлов В.Ф., Харитонов A.A. СВЧ диэлектрики в условиях высоких температур. М.: Советское радио, 1977. - 208 с.

5. Михайлов В.Ф., Победоносцев К.А., Брагин И.В. Прогнозирование эксплутационных характеристик антенн с теплозащитой. — СПб.: Судостроение, 1994. 304 с.

6. Резников Г.Б. Антенны летательных аппаратов. М.: Советское радио, 1967.-416 с.

7. Пригода Б.А., Кокунько B.C. Антенны летательных аппаратов. М.: Военное издательство МО СССР, 1964. - 120 с.

8. Пригода Б.А., Кокунько B.C. Обтекатели антенн летательных аппаратов.- М.: Машиностроение, 1970. 285 с.

9. Пригода Б.А., Кокунько B.C. Обтекатели антенн летательных аппаратов.- 2-е издание, перераб. и дополн. М.: Машиностроение, 1978. - 120 с.

10. Каплун В.А. Обтекатели антенн СВЧ. (Радиотехнический расчет и проектирование). М.: Советское радио, 1974. - 240 с.

11. Шнейдерман Я. А. Новые материалы антенных обтекателей самолетов, ракет и космических летательных объектов / Зарубежная радиоэлектроника. 1976. № 2. С. 79-113.

12. Обтекатели антенн / Пер. с англ. под ред. А.И. Шпунтова. М.: Советское радио, 1950.-263 с.

13. Родионов Н.Н. Принципы конструирования и разработка диэлектрического материала с улучшенными свойствами длярадиопрозрачных конструкций мощных антенных устройств СВЧ диапазона: Автореферат дис. . канд. техн. наук. -М.: МЭИ, 1997. 19 с.

14. Electrical Resistivity and Microwave Transmission of Hexagonal Boron Nitride / H.P.R. Frederikse, A.H. Kahn, A.L. Dragoo et al. // Journal American Ceramic Society. 1985. V. 68. № 3.-P. 131-135.

15. Gelcasting of GD-1 Ceramic Radomes / K.W. Kirby, A. Jankiewicz, M. Janney et al. // Proceeding of the 8th Electromagnetic Windows Symposium, 2000. P. 287-295.

16. Nordlund R.J. Radomes for Aerospace Vehicles / In "Radio Antennas for Aircraft and Aerospace Vehicles", ed. W.T. Blackband. The Advisory Group for Aerospace Research and Development of NATO. Maidenhead, 1967. P. 233-239.

17. Радиопрозрачные изделия из стеклопластиков / И.Г. Гуртовник, В.И. Соколов, Н.Н. Трофимов и др. М.: Мир, 2003. - 368 с.

18. Справочник по волноводам / пер. с англ. под ред. Я.Н. Фельда // М.: Советское радио, 1952. - 431 с.

19. Голант В.Е., Федоров В.И. Высокочастотные методы нагрева плазмы в тороидальных термоядерных установках. М.: Энергоатомиздат, 1986. -200 с.

20. ECRH and ECCD Physics in the TCV Tokamak IS. Alberty, g. Arnoux, P. Blanchard et al. // IAEA Technical Meeting on ECRH physics and Technology for ITER. Kloster Seeon, 14-16.07.2003. P. 1-12.

21. Головин И.Н., Кадомцев Б.Б. Состояние и перспективы управляемого термоядерного синтеза / Атомная энергия. 1996. Т. 81. С. 364-372.

22. ITER R&D: Auxilary Systems Electron Cyclotron Heating and Current Drive Systems / T. Imai, N. Kabayashi, R. Temkin et al. // Fusion Engineering and Design. 2001. V. 55. P. 281-289.

23. Tiwari Т., Nainwad C.S., Shah A.B. Study of Window for S-band linear accelerator / Vacuum Electronics, 2003.4th IEEE International Conference, 283005.2003. P. 60-61.

24. Измерение параметров диэлектрических окон резонаторов линейного коллайдера TESLA / Н.П. Собенин, А.А. Сулимов, А.И. Федин и др. // Приборы и техника эксперимента. 2000. № 6. С. 53-56.

25. Characteristics and Applications of Fast-wave Gyrodevicies / K.L. Flech, B.D. Danly, H.R. Jory et al. // Proceedings IEEE. 1999. V. 87. № 5. P. 752.

26. Голеницкий И.Н., Уремка В.Д., Сазонов В.П. Электровакуумные источники миллиметровых и субмиллиметровых волн на гармоникахциклотронной частоты / Обзоры по электронной технике. Серия 1. Электроника СВЧ. 1987. № 14 (1401). 88 с.

27. Output Power Windows of GYCOM Gyrotrons and their Prospective / V.V. Alikaev, D.V. Khmara, V.A. Khmara et al. // ITG Conference Displays and Vacuum Electronics. Garmisch-Patenkirchen, Germany, 1998. - P. 357-362.

28. Calame J.P., Abe D.K. Applications of Advanced Materials Technologies to Vacuum Electronic Devices / Proceedings of the IEEE. 1999. V. 87. № 5. P. 840-864.

29. Dielectric window development for the ITER ICRF vacuum transmission line / L. Heikinheino, J. Heikkinen, Y. Hytonen et al. // Helsinki: Technical Research Centre of Finland ESPOO, 1998. 84 p.

30. Clinard F.W., Jr., Hurley G.F. Ceramic and Organic Insulators for Fusion Applications / Journal Nuclear Materials. 1981. V. 103-104. P. 705-716.

31. Heidinger R., Koniger F. Investigations on Advanced Ceramics for Window Applications in Radiofrequency Heating Concepts / Journal Nuclear Materials. 1988. V. 155-157. Part A.-P. 344-347.

32. Status Report on CVD-Diamond Development for High Power ECRH / M.

33. Thumm, A. Arnold, R. Heidinger et al. // Fusion Engineering and Design.2001. V. 53.-P. 517-524.

34. Thumm M. MPACVD-Diamond Windows for High-Power and Long-Pulse Millimeter Wave Transmission / Diamond and Related Materials. 2001. V. 10. -P. 1692-1699.

35. Термостойкие диэлектрики и их спаи с металлом в новой технике / М.А. Рубашев, Г.И. Бердов, В.Н. Гаврилов и др. М.: Атомиздат, 1980. 246 с.

36. Frost Н.М., Clinard F.W., Jr. Dielectric Changes in Neutron-Irradiated RF Window Materials. Journal Nuclear Materials. 1988. V. 155-157. Part A. P. 315-318.

37. Pells G.P. Radiation Effects and Damage Mechanisms in Ceramic Insulators and Window Materials / Journal Nuclear Materials. 1988. V. 155-157. Part A. -P. 67-76.

38. ITER ECRF Window Development. CVD-Diamond Window / M. Thumm, R. Heidinger, A. Arnold et al. // Karlsruhe: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH,2002. 24 p.

39. Munz D. Failure Criteria in Ceramic Materials / Journal Nuclear Materials. 1988. V. 155-157. Part 1. P. 77-81.

40. Morgan P., Koutsoutis M. Electrical Conductivity Measurements to Detect Suspected Liquid Phase in the A1203 mol% ТЮ2-0.5 mol% NaOi/2 and Other Systems / Journal American Ceramic Society. 1986. V. 69. № 10 P. 254255.

41. Ho W.W., Morgan P. Dielectric Loss to Detect Liquid Phase in Ceramics at High Temperatures / Journal American Ceramic Society. 1987. V. 70. № 9. -P. 209-210.

42. Диденко A.H., Зверев Б.В. СВЧ-энергетика. М.: Наука, 2000. - 264 с.

43. Суворов С.А., Туркин И.А., Дедовец М.А. Микроволновой синтез корундоциркониевых материалов / Огнеупоры. 2002. № 10. С. 4-10.

44. Lee K.-Y., Dearhouse Р.Н., Case E.D. Microwave Sintering of Alumina Using

45. Four Single-Cavity Modes / Journal Materials Synthesis Processing. 1999. V. 7. № 3. P. 159-165.

46. Dielectric Materials and Applications / A. von Hippel, ed. Cambridge: Technology Press of MIT, 1954. - 438 p.

47. Von Hippel A. R. Dielectrics and Waves. New York: Wiley, 1954. - 284 p.

48. Михайлов Г.П., Сажин Б.И., Кабин С.П. Диэлектрические потери полиэтилена/Труды ЛПИ. 1955. № 181.-С. 201-211.

49. Веселовский П.Ф. Об измерении е' и tg5 на сантиметровых радиоволнах в интервале температур — 100 +100°С / Журнал технической физики. 1955. Т. 25. № 4. С. 601-609

50. Электрические свойства полимеров / Б.И. Сажин, A.M. Лобанов, B.C. Романовская и др. Под ред. Б.И. Сажина 3-е изд., перераб. - JL: Химия, 1986.-224 с.

51. Microwave Properties of Low-Loss Polymers at Cryogenic Temperatures / M.V. Jacob, J. Mazierska, K. Leong et al. // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2002. V. MTT-50. № 2. P. 474-480.

52. Riddle В., Baker-Jarvis J., Krupka J. Complex Permittivity Measurements of Common Plastics Over Variable Temperatures / IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2003. V. MTT-51. № 3. P. 727-733.

53. Машкович М.Д. Электрические свойства неорганических диэлектриков в диапазоне СВЧ. М.: Советское радио, 1969. - 240 с.

54. Bussey Н.Е., Gray J.E. Measurement and Standardization of Dielectric Samples / IRE Transactions on Instrumentation. 1962. V. 1-11. № 3-4. P. 162-165.

55. Westphal W.B. Dielectric Constant and Loss Measurements on High-Temperature Materials / U.S. Government Research Report AD-423686. Washington, 1963. 84 p.

56. Диэлектрические спектры некоторых керамических материалов от радио-до оптического диапазона длин волн / В.В. Демьянов, Т.И. Анисимова,

57. С.П. Бородай и др. // Неорганические материалы. 1980. Т. 16. № 5. С. 916-921.

58. Aron С.Р., Watkins J. Measurement of Dielectric Properties of Low-Loss Ceramics at Microwave Frequencies / Proceedings Institution Electrical Engineers. 1965. V. 112. № 6. P. 1252-1256.

59. Bussey H.E., Morris D., Zal'tsman E.B. International Comparison of Complex Permittivity Measurement at 9 GHz / IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 1974. V. IM-23. № 3. P. 235-239.

60. Определение диэлектрических характеристик материалов в диапазоне сверхвысоких частот при температурах до 2300 К / Ю.А. Полонский, В.Б. Мишин, Р.С. Бернштейн и др. // Теплофизика высоких температур. 1989. Т. 27. № 2. С. 499-505.

61. Но W.W. Millimeter-wave dielectric properties of infrared window materials / Proceedings Society Photo-Optical Instruments Engineering. 1987. V. 750. -P. 161-165.

62. Литовченко A.B., Бреховских C.M., Демьянов B.B. Диэлектрические свойства оксидов кремния, алюминия и нитрида бора при нагреве до 2300 К / Неорганические материалы. 1983. Т. 19. № 9. С. 1488-1491.

63. Meng В., Booske J., Cooper R. A System to Measure Complex Permittivity of Low Loss Ceramics at Microwave Frequencies and Over Large Temperature Ranges / Review Scientific Instruments. 1995. V. 66. № 2. P. 1068-1071.

64. International Comparison of Dielectric Measurements / H.E. Bussey, J.E. Gray, E.C. Bamberger et al. // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 1964. V. IM-13. № 4. P. 305-311.

65. Маш Д., Маянц Л., Фабелинский И. Измерение температурной зависимости диэлектрической проницаемости и угла потерь диэлектриков в поле сантиметровых волн / Журнал технической физики. 1949. Т. 19. № 10.-С. 1192-1198.

66. Но W.W. High-Temperature dielectric properties of polycrystalline ceramic /

67. Material Research Society Symposium Proceedings. 1989. V. 24. P. 137-148.

68. Complex Permittivity of Some Ultralow Loss Dielectric Crystals at Cryogenic Temperatures / J. Krupka, K. Derzakowski, M. Tobar et al. // Measurements Scientific Technology. 1999. V. 10. P. 387-392.

69. Fralick D.T. W-Band Free Space Permittivity Measurement Setup for Candidate Radome Materials / NASA Contractor Report 201720. 1997. 10 p.

70. Aguilar J., Pearce J. Measurement of dielectric properties of aluminum oxide at high temperature while exposed to microwaves / British Ceramic Transactions. 2003. V. 102. №2. P. 52-56.

71. Пентекост Дж., Элайсон JI. Свойства материалов при температурах выше 1500 °С / Труды Международного симпозиума «МГД. Магнитогидродинамическое преобразование энергии», Париж, июль 1964 // М.: Институт научной информации АН СССР, 1966. Ч. 2. - С. 166180.

72. Брандт А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах. — М.: Физматгиз, 1963.-404 с.

73. Ginzton E.L. Microwave Measurements. — New York, Toronto, London: McGraw-Hill Book Company, 1957. 515 p.

74. Пентекост Дж. Экспериментальное определение диэлектрических и электронных свойств материалов при высоких температурах / Сб. «Исследования при высоких температурах». М.: Наука, 1967. - С. 3861.

75. Крылов В.П. Метод определения е и tg8 в свободном пространстве принагреве / Тезисы докладов V Всесоюзной научно-технической конференции «Методы и средства измерений электромагнитных характеристик материалов на ВЧ и СВЧ». — Новосибирск, 1983. С. 74.

76. Ширман Я.Д. Радиоволноводы и объемные резонаторы. М.: Связьиздат, 1959.-380 с.

77. Брянский JI.H. Точное измерение коэффициента стоячей волны напряжения и полных сопротивлений на сантиметровых волнах. М.: Государственное издательство стандартов, 1963. - 142 с.

78. Тишер Ф. Техника измерений на сверхвысоких частотах / Справочное руководство. -М.: Физматгиз, 1963.-368 с.

79. Взятышев В.Ф. Диэлектрические волноводы. М.: Советское радио, 1970. -216с.

80. Стариков В.Д. Методы измерения на СВЧ с применением измерительных линий. М.: Советское радио, 1972.

81. Егоров Ю.В. Частично заполненные прямоугольные волноводы. М.: Советское радио, 1967. - 144 с.

82. Бергер М.Н., Капилевич Б.Ю. Прямоугольные волноводы с диэлектриками. — М.: Советское радио, 1973. 256 с.

83. Araneta J.C., Brodwin М.Е., Kriegsmann G.A. High-Temperature Microwave Characterization of Dielectric Rods / IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1984. V. MTT-32. № 10. P. 1328-1335.

84. Hotston E.S. Correction Term for Dielectric Measurements with Cavity Resonators / Journal Scientific Instruments. 1961. V. 38. № 4. P. 130-131.

85. ГОСТ 12723-67. Диэлектрики твердые. Метод определения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь в диапазоне частот от 9 до 10 ГГц. — М.: Издательство стандартов, 1967. — Юс.

86. Сарафанов А.Н. Метод измерения тангенса угла потерь и диэлектрической проницаемости изоляционных материалов при нагреве до 800°С в сантиметровом диапазоне длин волн / Вопросы радиоэлектроники. Серия 1. Электроника. 1962. № 12.-С. 102-107.

87. Measurement of Permittivity at Elevated Temperatures Using Cavity Perturbation and C02 Laser Radiation / H.R. Garner, J.L. Kaae, R.B. Stephens et al. // Review Scientific Instruments. 1990. V. 61. № 7. P. 1832-1834л

88. Саттон P.B., Гречни H., мл. Высокотемпературный диэлектрометр с объемным резонатором / Электроника. 1961. Т. 34. № 1. С. 54-57.

89. Couderc D., Giroux М., Bosisio R.G. Dynamic High Temperature Microwave Complex Permittivity Measurements on Samples Heated Via Microwave Absorption / Journal Microwave Power. 1973. V. 8. № 1. P. 69-82.

90. ГОСТ 8.544-86. Относительная диэлектрическая проницаемость и тангенс угла потерь твердых диэлектриков. Методика выполнения измерений в диапазоне частот Ю9-Ю10 Гц. М.: Издательство стандартов, 1986.-22 с.

91. Анциферов А.А., Бравинский В.Г. и др. Установка для контроля параметров диэлектриков на СВЧ / Электронная техника. Серия 1. Электроника СВЧ. 1969. № 9. С. 136-141.

92. Батура В.Г., Моисеев В.К., Рыбалка Н.В. Прибор для измерений параметров диэлектриков на СВЧ в интервале температур 20-1500°С / Электронная техника. Серия 1. Электроника СВЧ. 1974. № 1. С. 66-70.

93. Установка для измерения параметров диэлектриков в сверхвысокочастотном диапазоне при температурах до 2300 К / С.М. Бреховских, В.В. Демьянов, Е.Б. Зальцман и др. // Приборы и техникаэксперимента. 1985. № 4. С. 141-143.

94. Крылов В.П., Скрюченков J1.M. Резонаторная ячейка для измерения температурных зависимостей диэлектрической проницаемости на сверхвысоких частотах для 1200°С / Приборы и техника эксперимента. 1996. №2.-С. 81-82.

95. Сарафанов А.Н. Устройство для измерения угла потерь и проницаемости диэлектриков (ферритов) в широком интервале температур / Описание изобретения к авторскому свидетельству № 166765, 1965.

96. Зальцман Е.Б. О погрешности измерения диэлектрической проницаемости из-за остаточного зазора / Измерительная техника. 1968. № 11.-С. 51-53.

97. Лабутин С.А., Лопаткин А.В. Резонаторная система СВЧ-измерений комплексной диэлектрической проницаемости материалов / Приборы и техника эксперимента. 1998. № 3. С. 166-167.

98. Nelson S.O., Schlaphoff C.W., Stetson L.E. A Computer Program for Short-Circuited Waveguide Dielectric Properties Measurements on High- or Low-Loss Materials / Journal Microwave Power. 1973. V. 8. № 1. P. 13-22.

99. Nelson S.O., Schlaphoff C.W., Stetson L.E. Computation of Dielectric Properties from Short-Circuited Waveguide Measurements on High- or Low-Loss Materials / IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1974. V. MTT-22. № 3. p. 342-343.

100. Nelson S.O., Stetson L.E., Schlaphoff C.W. A General Computer Program for Precise Calculation of Dielectric Properties From Short-Circuited Waveguide Measurements / IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 1974. V. IM-23. № 4. p. 455—460.

101. Шилова M.B., Федосеева H.B., Планкина C.M. Измерение диэлектрической проницаемости и угла диэлектрических потерь в твердых диэлектриках в диапазоне СВЧ / Физика твердого тела: Лабораторный практикум. М.: Высшая школа, 2001. - С. 167-187.

102. Q-Band Computerized Slotted Line System / A. Tongyi, M. Jiaheng, M. Qingxiang et al. // 1988 IEEE MTT-S. International Microwave Symposium Digest. 1988. V. l.-P. 755-756.

103. Watkins J. Brown D. Calculation of the Complex Permittivity of Lossy Dielectric Materials Using the Roberts-von Hippel Standing-Wave Method. Computer Program Description / Electronics Letters. 1969. V. 5. № 11. P. 243-244.

104. Redheffer R.M., Wildman R.C., O'Gorman V. The Computation of Dielectric constant / Journal Applied Physics. 1952. V. 23. № 5. P. 505-508.

105. Champlin K.S., Glover G.H. "Gap Effect" in Measurement of Large Permittivities / IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1966. V. MTT-14. № 8.- P. 397-398.

106. Microwave Characterization of Dielectric Materials from 8 to 110 GHz using a Free-Space Setup / R.D. Hollinger, K.A. Jose, A. Tellankula et. al. // Microwave and Optical Technology Letters. 2000. V. 26. № 2. P. 100-104.

107. Somlo P.I. The Exact Numerical Evaluation of the Complex Dielectric Constant of a Dielectric Partially Filling a Waveguide / IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1974. V. MTT- 22. № 4. P. 468-469.

108. Bowie D.M., Kelleher K.S. Rapid Measurement of Dielectric Constant and Loss Tangent / IRE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1956. V. MMT-4. № 3. P. 137-140.

109. Topping J. A., Isard J.O. The Dielectric Properties of Sodium Aluminosilicate Glasses at Microwave Frequencies / Physics and Chemistry of Glasses. 1971. V. 12. №6.-P. 145-151.

110. Диэлектрические свойства оптического кварцевого стекла при температурах до 1500°С в диапазоне сверхвысоких частот / Ю.А. Полонский, Г.А. Павлова, В.Н. Савельев и др. // Стекло и керамика. 1971. №3.-С. 31-34.

111. Brydon G.M., Hepplestone D.J. Microwave Measurement of Permittivity and tan 8 over Temperature Range 20-700°C / Proceedings Institution Electrical Engineers. 1965. V. 112. № 2.- P. 421-425.

112. Калашников B.C., Михайлов В.Ф. Измерение температурных зависимостей s и tg8 твердых диэлектриков в диапазоне СВЧ / Труды 3 Международной конференции «Электрическая изоляция-2002». Санкт-Петербург, 18-21.06.2002. СПб.: СПбГПУ, 2002. - С. 72-73.

113. Калашников B.C., Михайлов В.Ф. Погрешности измерения температурных зависимостей s и tg8 твердых диэлектриков / Труды 3 Международной конференции «Электрическая изоляция-2002». Санкт-Петербург, 18-21.06.2002. СПб.: СПбГПУ, 2002. - С. 73-74.

114. Аксенов В.И., Бородин М.Я. Волноводный метод измерения диэлектрических свойств материалов при повышенных температурах / Радиотехника и электроника. 1956. № 11.-С. 1435-1443.

115. Измерение комплексной диэлектрической проницаемости дисперсионных материалов в СВЧ диапазоне / В.В. Загоскин, Е.А. Замортинская, В.М. Нестеров и др. // Известия вузов. Физика. 1981. № 1. С. 30-36.

116. Komiyama В., Kiyokawa М., Matsui Т. Open Resonator for Precision Dielectric Measurements in the 100 GHz Band / IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1991. V. MTT-39. № 10. P. 1792-1796.

117. Измерение параметров жаростойких материалов методом свободного пространства / В.Н. Красюк, В.Ф. Михайлов, К.К. Сапрыкин и др. //

118. Труды 2 Всесоюзного совещания «Применение огнеупоров в технике». Ленинград, 14-16.12.1976.-Л.: ВИО, 1976.-С. 256-257.

119. Адамов И.Ю., Антипов B.C. Об одном методе исследования на СВЧ температурной зависимости комплексной диэлектрической проницаемости материалов / Теплофизика высоких температур. 1979. Т. 17. №6.-С. 1336-1338.

120. Charru A., Bretenoux A., Sarremejean A. Methode de mesure de permittivites jusqu'a 1200°C par reflecto-polarimetrie a 35 GHz. Application a 1'etude des refractaires / Revue physique applique. 1969. V. 4. P. 37—41.

121. Champlin K.S., Glover G.H. Influence of Waveguide Contact on Measured Complex Permittivity of Semiconductors / Journal Applied Physics. 1966. V. 37. № 6. P. 2355-2360.

122. Lacey D., Gallop J.C., Davis L.E. The Effects of an Air Gap on the Measurement of the Dielectric Constant of SrTi03 at Cryogenic Temperatures / Measurement Science and Technology. 1998. V. 9. P. 536-539.

123. Gardiol F.E., Vander Vorst A.S. Wave Propagation in a Rectangular Waveguide Loaded with an H-Plane Dielectric Slab / IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1969. V. MTT-17. № 1. P. 56-57.

124. Standard Test Methods for Complex Permittivity (Dielectric Constant) of Solid Electrical Insulating Materials at Microwave Frequencies and Temperatures to 1650°C / ANSI/ASTM D 2520-77, 1977. P. 605-626.

125. ГОСТ 27496.1-87, ГОСТ 27496.2-87. Материалы электроизоляционные. Методы определения диэлектрических свойств на частотах свыше

126. МГц. М.: Издательство стандартов, 1988. - 40 с.

127. Геверс М. Определение диэлектрических и магнитных свойств твердых тел в диапазоне сантиметровых волн / Точные электрические измерения. Материалы конференции по точным электрическим измерениям. М.: Издательство иностранной литературы, 1959. — С. 36-54.

128. Baker-Jarvis J. Transmission/Reflection and Short-Circuit Line Permittivity

129. Measurements. Boulder, Colorado: National Institute of Standards and Technology, 1990. - 148 p.

130. Handbook of Microwave Measurements / M. Sucher, J. Fox , ed. New York - London: Polytechnic Press, 1963. V. 2. - 803 p.

131. Харвей А.Ф. Техника высоких частот. Т. 1. М.: Советское радио, 1965. -783 с.

132. Roberts S., Hippel A. A New Method for Measuring Dielectric Constant and Loss in the Range of Centimeter Waves / Journal Applied Physics. 1946. V. 17.№7.-P. 610-616.

133. Техника измерений на сантиметровых волнах / пер. с англ. под ред. Г.А. Ремез // Т. 2. М.: Советское радио, 1949 - 438 с.

134. Bowie D.M. Microwave dielectric properties of solids for applications of temperatures to 3000°F / IRE National Convention Record. 1957. V. 5. Part 1. -P. 270-281.

135. Михайлов Г.П., Лобанов A.M. Изучение диэлектрических потерь и проницаемости полимеров в зависимости от температуры в сантиметровом диапазоне длин волн / Журнал технической физики. 1958. Т. 28. № 2. С. 267-278.

136. Мухарев Л.А., Перельман A.M., Рогова Н.А. Определение диэлектрической проницаемости материалов при высоких температурах в трехсантиметровом диапазоне радиоволн / Приборы и техника эксперимента. 1961. № 5. С. 138-141.

137. Basset H.L. A Free-Space Focused Microwave System to Determine the Complex Permittivity of Materials to Temperatures Exceeding 2000° С / Review Scientific Instrument. 1971. V. 42. № 2. P. 200-204.

138. Keller W.C. Permittivity Measurements Using Spherical Sample Microwave Scattering Technique / Review Scientific Instrument. 1966. V. 37. № 9. P. 1211-1213.

139. Крылов В.П., Маков А.И. Проблемы измерения диэлектрических свойств материалов в высокотемпературном резонаторе / Дефектоскопия. 1991. №7.-С. 87-89.

140. Белостоцкий В.В., Капустин Ю.Г. Измерение диэлектрических параметров жаростойких материалов / Труды Московского энергетического института. 1978. № 379. С. 85-88.

141. Белостоцкий В.В., Махов В.Н. Измерение комплексной диэлектрической проницаемости диэлектриков при нагреве до высокой температуры / Труды Московского энергетического института. 1972. № 119. С. 158166.

142. Лебедева Г.И. Графический расчет электрических параметров диэлектриков при измерении методом короткого замыкания / Электронная техника. Серия 1. Электроника СВЧ. 1966. № 4. С. 79-92.

143. Казарновский Д.М., Тареев Б.М. Испытания электроизоляционных материалов. М.: Госэнергоиздат, 1963. - 316 с.

144. Сканави Г.И., Липаева Г.А. Диэлектрическая проницаемость и угол потерь твердых диэлектриков при длине волны 3 см и их зависимость от температуры и частоты / Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1956. Т. 30. №. 5. С. 824-832.

145. Pentecost J.L. Electrical Evaluation of Radome Materials / in J.D. Walton, ed., Radome Engineering Handbook. Design and Principles. New York: Marcel Dekker, 1970.-P. 345-387.

146. Бронштейн И.Н., Семендяев K.A. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1980. - 976 с.

147. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и• инженеров. Определения, теоремы, формулы. М.: Наука, 1974. - 832 с.

148. Maslyakov S.A., Polonsky Yu.A. Computational difficulties in the problem of determination of the microwave properties of dielectrics at high temperature /

149. Тезисы докладов 9 Международной конференции «Физика диэлектриков» (Диэлектрики-2000). 17-22.09.2000, Санкт-Петербург. СПб.: РГПУ, 2000. Т. 2. С. 98-99.

150. Surber W.H., Jr., Crouch G.E., Jr. Dielectric Measurement Methods for Solids at Microwave Frequencies / Journal Applied Physics. 1948. V. 19. № 12. P. 1130-1139.

151. Укстин Э.Ф., Худякова В.А., Макарова Л.И. Измерение диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь твердых диэлектриков волноводным методом / Труды НИИ кабельной промышленности. 1959. № 4. С. 71-95.

152. Dielectric Loss of oxide single crystals and polycrystalline analogues from 10 to 320 К / N.McN. Alford, J. Breeze, X. Wang et al. // Journal European Ceramic Society. 2001. V. 21. № 15. P. 2605-2611.

153. Tinga W., Xi W. Design of a New High-Temperature Dielectrometer System / Journal Microwave Power Electromagnetic Energy. 1993. V. 28. № 2. P. 93-103.

154. Воробьев E.A. Измерение электрофизических характеристик расплавов тугоплавких диэлектриков в диапазоне СВЧ / В мире неразрушающего контроля. 2002. № 4. С. 34-36

155. Bringhurst S., Iskander M.F. Open-Ended Metallized Ceramic Coaxial Probe for High-Temperature Dielectric Properties Measurements / IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1996. V. MTT-44. № 6. P. 926-935.

156. Open-Ended Coaxial Probe for High-Temperature and Broad-Band Dielectric Measurements / D.L. Gershon, J.P. Calame, Y. Carmel et al. // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1999. V. MTT-47. № 9. -P. 1640-1648

157. Машкович М.Д., Ермилин K.K., Розенберг Н.Ю. Резонатор на длину волны 8 мм для измерений диэлектрических свойств при повышенных температурах / Вопросы радиоэлектроники. Серия 4. Технологияпроизводства и оборудование. 1963. № 1. С. 100-107.

158. Hutcheon R., de Jong М., Adams F. A System for Rapid Measurements of RF and Microwave Properties Up to 1400°C. Part 1 / Journal Microwave Power Electromagnetic Energy. 1992. V. 27. № 2. P. 87-92

159. Ligthart L.P. A Fast Computational Technique for Accurate Permittivity Determination Using Transmission Line Methods / IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1983. V. MTT-31. № 3. P. 249-254.

160. Wilson S.B. Modal Analysis of the "Gap Effect" in Waveguide Dielectric Measurements / IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1988. V. MTT-36. № 4.- P. 752-756

161. Janezic M.D., Jargon J.A. Complex Permittivity Determination from Propagation Constant Measurements / IEEE Microwave and Guided Wave Letters. 1999. V. 9. № 2. P. 76-78

162. Stroustrup B. The С++ Programming Language (3rd Special edition). Reading, Massachusetts, USA: Addison-Wesley Professional, 2000. 1040 p.

163. Principe J.C., Euliano N.R., Lefebvre W.C. Neural and Adaptive Systems: Fundamentals through Simulations. New York: John Wiley & Sons, 1999. -672 p.

164. Resonance Methods of Dielectric Measurement at Centimetre Wavelength / F.

165. Horner, Т.A. Taylor, R. Dunsmuir et al. // Proceedings IEE. 1946. V. 93. Part 3.-P. 53-68.

166. Works C.N. Resonant Cavities for Dielectric Measurements / Journal Applied Physics. 1947. V. 18. №7.-P. 605-612.

167. Courtney W.E. Analysis and Evaluation of a Method of Measuring the Complex Permittivity and Permability of Microwave Insulators / IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1970. V. MTT-18. № 8. -P. 476-485.

168. Cohn S.B., Kelly K.C. Microwave Measurement of High-Dielectric-Constant Materials / IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1966. V. MTT-14. № 9. P. 406-410.

169. Dakin T.W., Works C.N. Microwave Dielectric Measurements / Journal Applied Physics. 1947. V. 18. № 9. P. 789-796.

170. Михайлов Г.П., Лобанов A.M. Исследование в' и tg8 полимеров в зависимости от температуры на сверхвысоких частотах / Труды Второй всесоюзной конференции «Физика диэлектриков». Ноябрь 1958, Москва. М.: Издательство АН СССР, 1960. - С. 92-96.

171. Лобанов A.M. Исследование диэлектрических потерь и поляризациио 1Пполимеров в диапазоне частот 10-10 Гц / Диссертация на соискание ученой степени к. ф.-м. н. Л.: ИБС АН СССР, 1963. - 207 с.

172. Масляков С.А., Полонский Ю.А. К вопросу применения волноводного метода для исследования СВЧ-диэлектриков при высоких температурах / Научно-технические ведомости СПбГТУ. 2000. № 4. С. 80-84.

173. Gopala Krishna K.V. A New Method for Computing th Compound Dielectric

174. Constant from Ultra-High Frequency Impedance Measurements / Transactions Faraday Society. 1956. V. 52. № 8. P. 1110-1 111.

175. Magid M. Precision Determination of the Dielectric Properties of Nonmagnetic High-Loss Microwave Materials / IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 1968. V. IM-17. № 4. P. 291-298.

176. Tomiyasu K. Decoupling Probe Method of Measuring Very High VS WR / Proceedings IEEE. 1967. V. 55. № 6. P. 1088.

177. Bussey H.E. Measurement of RF Properties of Materials. A Survey / Proceedings IEEE. 1967. V. 55. № 6. P. 1046-1053.

178. Bennett R.G., Calderwood J.H. Measurement of V.H.F. Complex Permittivity of Liquids by Means of an Adjustable Coaxial Line / Proceedings of IEE. 1965. V. 112. №2.-P. 416-420.

179. Arai M., Binner J.G.P., Cross Т.Е. Correction of Errors Owing to Thermal Elongation of High Temperature Coaxial Probe for Microwave Permittivity Measurement / Electronics Letters. 1995. V. 31. № 14. P. 1138-1139.

180. Полонский Ю.А., Корчагин К.Ф., Миловидова T.B. Диэлектрические свойства кварцевого стекла в диапазоне сверхвысоких частот в интервале температур 20-1800°С / Труды ВИО. 1971. № 43. С. 93-106.

181. Мазурин О.В., Стрельцина М.В., Швайко-Швайковская Т.П. Свойства стекол и стеклообразующих расплавов. Справочник. Т. 1. Стеклообразный кремнезем и двухкомпонентная силикатная системы. — JI.: Наука, 1973.-444 с.

182. Xi W., Tinga W. Error Analysis and Permittivity Measurements with Reentrant High-temperature Dielectrometer / Journal Microwave Power

183. Electromagnetic Energy.1993. V. 28. № 2. P. 104-112.

184. Gardiol F.E., Parriaux O. Excess Losses in H-Plane Loaded Waveguides / IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1973. V. MTT-21. №7.-P. 457-461.

185. Bui V.R., Gagne R.R.J. Propagation of Waves in Rectangular Waveguides Containing Dielectric Layers in the H-plane / International Journal Electronics. 1972. V. 32. № 3. P. 353-360.

186. Bhartia P., Hamid M.A.K. Dielectric Measurements of Sheet Materials / IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 1973. V. IM-22. № 1. P. 94-95.

187. Hornsby J.S., Gopinath A. Fourier Analysis of a Dielectric-Loaded Waveguide with a Microstrip Line / Electronics Letters. 1969. V. 5. № 12. P. 265-267.

188. Поплавко Ю.М. Методы исследования керамических сегнетоэлектриков в сантиметровом диапазоне / Известия Киевского политехнического института. 1962. Т. 40. С. 42-58.

189. Батура В.Г. Влияние плазмы на характеристики СВЧ резонатора при высоких температурах / Известия вузов. Серия Радиоэлектроника. 1975. № 3. С. 115.

190. Clifton В.J. Precision Slotted-Line Impedance Measurements Using Computer Simulation for Data Correction / IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 1970. V. IM-19. № 4. P. 358-364.

191. Queffelec P., Mallegol S., Le Floc'h M. Automatic Measurement of Complex Tensorial Permability of Magnetized Materials in a Wide Microwave

192. Frequency Range / IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2002. V. MTT-50. № 9. P. 2128

193. Физические величины: Справочник / А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, A.M. Братковский и др. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.

194. Dale D.C., Honeyman W.N. Variation of the Dielectric Constant of Rochelle Salt with Temperature at a Frequency of 9 GHz / Journal Physics Chemistry Solids. 1968. V. 29. № 11. P. 2063-2064.

195. Nenasheva E.A., Kartenko N.F. High Dielectric Constant Microwave Ceramics / Journal European Ceramic Society. 2001. V. 21. № 15. P. 2697-2701.

196. ГСССД 33-82. Таблицы стандартных справочных данных М.: Госэнергоиздат, 1982. - 6 с.

197. Bowie D.M., Huminik J., Jr. Microwave Measurement of Dielectric Properties under Extreme Thermal Environments / Industrial Laboratories. 1959. V. 10. № 5. P. 42-47.

198. Bowie D.M. Microwave Properties of Solid Dielectrics up to 3000 F / Electrical Manufacturing. 1958. V. 61. № 2. P. 144-147, 316.

199. Amrhein E.-M. Das dielectrische Verhalten binarer Oxydglaser im Mikrowellengebiet zwischen 100 und 900°C / Glastechnische Berichte. 1963. B. 36. H. ll.S. 425-444.

200. Шакиров M.A., Кияткин Р.П. Применение интегральных схем замещения для определения критических параметров волн в сложных волноводах / Техническая электродинамика. 1992. № 2. С. 3-7.

201. Шакиров М.А., Кияткин Р.П. Алгоритм расчета критических параметров полых волноводов с использованием диакоптических схем замещения / Радиотехника и электроника. 1991. Т. 36. № 3. С. 475-479/

202. Baeraky Т. A. Microwave Measurements of the Complex Permittivity of Zirconia at High Temperayures / Egyption Journal Solids. 2004. V. 27. № 1. P. 25-34.

203. Baeraky T. A. Microwave Measurements of the Dielectric Properties of Silicon

204. Carbide at High Temperature / Egyption Journal Solids. 2002. V. 25. № 2. P. 263-273.

205. Aguilar J., Pearce J. Measurement of dielectric properties of aluminum oxide at high temperature while exposed to microwaves / IoM Publication. 2002. P. 115.

206. Lederer P., Szwarnowski S. Measuring dielectric properties at high temperature / Proceedings 18th EMMA meeting. 21.09.2004.

207. Масляков С.А., Полонский Ю.А. Компьютерный расчет диэлектрической проницаемости материалов при измерениях волноводным методом в диапазоне СВЧ / Электротехника. 2005. № 3. С. 30-34.

208. Casey K.F. On Inhomogeneously Filled Rectangular Waveguides / IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1973. V. 21. № 8. P. 566567.

209. Laurin J.-J., Tanneau G., Akyel C. Waveguide Permittivity Measurement Using Variable-length Samples and an Uncalibrated Reflectometr / IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 1996. V. 45. № 1. P. 298301.

210. Bootty M.R., Kriegsmann G. A. Reflection and Transmission from a Thin Inhomogeneous Cylinder in a Rectangular ТЕ 10 Waveguide / Progress Electromagnetics Research. 2004. V. 47. P. 263-296.