Распространение волн в двухслойном запредельном волноводе с сильно поглощающей средой в диапазоне 5…30 ГГц

Abstract

Методы определения комплексной диэлектрической проницаемости сильно поглощающих жидкостей востребованы в различных областях науки и техники. Рассмотрено распространение электромагнитных волн в круглом двухслойном металлическом волноводе с центральным диэлектрическим стержнем с малыми диэлектрическими потерями, окруженным сильно поглощающей жидкостью, в СВЧ-диапазоне. Исследована зависимость комплексной постоянной распространения волны от частоты и толщины слоя жидкости. Наличие сильно поглощающей жидкости, окружающей диэлектрический стержень, позволяет расширить диапазон рабочих длин волн от миллиметрового до сантиметрового диапазона. При этом значение постоянной затухания остается сравнительно малым. Благодаря сильно поглощающей среде данная волноводная структура не имеет фиксированной величины частоты отсечки. Обнаружено аномально малое значение постоянной затухания электромагнитной волны в сантиметровом диапазоне длин волн для определенных частот и толщин слоя жидкости. Предложенная структура может быть применима в качестве измерительной ячейки для определения комплексной диэлектрической проницаемости сильно поглощающих жидкостей в малом объеме.

Методи визначення комплексної діелектричної проникності сильно поглинаючих рідин затребувані в різних галузях науки і техніки. Розглянуто поширення електромагнітних хвиль в круглому двошаровому металевому хвилеводі з центральним діелектричним стрижнем з малими діелектричними втратами, який оточений сильно поглинаючою рідиною у НВЧ-діапазоні. Досліджено залежність комплексного коефіцієнта розповсюдження хвилі в двошаровому хвилеводі від частоти і товщини шару рідини. Наявність сильно поглинаючої рідини, що оточує діелектричний стрижень, дозволяє розширити діапазон робочих довжин хвиль від міліметрового до сантиметрового діапазону. При цьому значення сталої загасання залишається порівняно малим. Завдяки сильно поглинаючому середовищу така хвилевідна структура не має фіксованої величини частоти відсічки. Виявлено аномально мале значення коефіцієнта загасання електромагнітної хвилі в сантиметровому діапазоні довжин хвиль для певних частот і товщини шару рідини. Запропонована структура може бути застосовна в якості вимірювальної комірки для визначення комплексної діелектричної проникності сильно поглинаючих рідин у малому об’ємі.

Methods for determination of complex permittivity of high loss liquids are essential in various fields of science and technology. The propagation of electromagnetic waves in a circular two-layer metal waveguide with a central low loss dielectric rod, surrounded by high loss liquid in the microwave range has been studied. The dependencies of the complex wave propagation constant on frequency and the magnitude of the liquid layer were obtained. The presence of high loss liquid surrounding the dielectric rod, allows expanding the range of operating wavelengths from the millimeter to centimeter range. The value of the decay constant is relatively small. Thanks to a high loss medium, this waveguide structure does not have a fixed value of the cutoff frequency. An anomalous low value of the attenuation constant of the electromagnetic wave has been detected at the centimeter wavelength range for certain operating frequencies and liquid layers. The proposed structure can be applied as a measuring cell for the determination of the complex permittivity of high loss liquids in small volumes.