Тангенс угла потерь, по амплитуде сигнала Опции

[Kate25]

Добрый день, уважаемые Умы!!!

Прошу Вас об очередной помощи.
Расскажите пожалуйста, существует ли метод определения тангенса угла потерь по амплитуде сигнала на анализаторе спектра.

Заранее Всем огромнейшее спасибо!!!

[Hitokiri]

Добрый день, уважаемые Умы!!!

Прошу Вас об очередной помощи.
Расскажите пожалуйста, существует ли метод определения тангенса угла потерь по амплитуде сигнала на анализаторе спектра.

Заранее Всем огромнейшее спасибо!!!

Затухание на единицу длинны, наверное можно определить, вопрос в том как это к тангенсу потом привязать ? Можно более общий вариант задачи, что нужно, и от чего, в целом. Не совсем представляю зачем нужен именно тангенс (кроме как для сравнения материалов) .

Сообщение отредактировал Hitokiri - Aug 18 2011, 10:13

[Kate25]

Затухание на единицу длинны, наверное можно определить, вопрос в том как это к тангенсу потом привязать ? Можно более общий вариант задачи, что нужно, и от чего, в целом. Не совсем представляю зачем нужен именно тангенс (кроме как для сравнения материалов) .

Прежде всего спасибо Вам огромнейшее,Hitokiri, за ответ!
У меня коаксиальный-шлейф резонатор: я по отраженному сигналу измеряю диэлектрическую постоянную материала, который в качестве диэлектрика у коаксиала. Возник вопрос, а можно ли тангенс угла диэлектрических потерь измерить.
Если Вы говорите, что можно измерить затухание на единицу длины, то проблема решена, так как, взгляните на формулу, все связывается.
Только вот я не знаю, как в таком случае определить затуханпие на единицу длины.

[EUrry]

Прежде всего спасибо Вам огромнейшее,Hitokiri, за ответ!
У меня коаксиальный-шлейф резонатор: я по отраженному сигналу измеряю диэлектрическую постоянную материала, который в качестве диэлектрика у коаксиала. Возник вопрос, а можно ли тангенс угла диэлектрических потерь измерить.
Если Вы говорите, что можно измерить затухание на единицу длины, то проблема решена, так как, взгляните на формулу, все связывается.
Только вот я не знаю, как в таком случае определить затуханпие на единицу длины.

Шлейф короткозамкнутый (КЗ) или холостой ход (ХХ)? Если ХХ, то электрическая длина за счет краевой емкости будет несколько отличаться от расчетной, исходя из физической. А в чем проблема определения погонного ослабления? Вы же знаете физическую длину шлейфа.
Но проблема у Вас, к сожалению, не решена. Таким образом Вы пытаетесь "обвинить" во всём ослаблении tgδ, хотя еще есть потери в проводниках линии. В принципе, если покопаться в литературе, то можно найти расчет ослабления в проводниках коаксиала. Затем, по результатам измерения, можно сделать идентификацию параметров модели Вашего шлейфа, которая будет содержать аналитической выражение частотно-зависимых потерь в проводнике, а также заданную Вами частотно-зависимую модель потерь в диэлектрике (например, полиномиальную) и выполнить измерения в диапазоне частот. Не забывайте, что измеренное Вами ослабление в 2 раза больше, чем ослабление на длине Вашего шлейфа (сигнал у Вас проходит путь туда-сюда).
P. S. А вот если у Вас еще переход какой нескалиброванный есть, то совсем ничего хорошего без знания его параметров может не получиться.

[Kate25]

Шлейф короткозамкнутый (КЗ) или холостой ход (ХХ)? Если ХХ, то электрическая длина за счет краевой емкости будет несколько отличаться от расчетной, исходя из физической. А в чем проблема определения погонного ослабления? Вы же знаете физическую длину шлейфа.
Но проблема у Вас, к сожалению, не решена. Таким образом Вы пытаетесь "обвинить" во всём ослаблении tgδ, хотя еще есть потери в проводниках линии. В принципе, если покопаться в литературе, то можно найти расчет ослабления в проводниках коаксиала. Затем, по результатам измерения, можно сделать идентификацию параметров модели Вашего шлейфа, которая будет содержать аналитической выражение частотно-зависимых потерь в проводнике, а также заданную Вами частотно-зависимую модель потерь в диэлектрике (например, полиномиальную) и выполнить измерения в диапазоне частот. Не забывайте, что измеренное Вами ослабление в 2 раза больше, чем ослабление на длине Вашего шлейфа (сигнал у Вас проходит путь туда-сюда).
P. S. А вот если у Вас еще переход какой нескалиброванный есть, то совсем ничего хорошего без знания его параметров может не получиться.

Уважаемый, EUryy, тысячу раз спасибо!
Буду искать как найти погонное ослабление коаксиала в зависимости от частоты.

[Hitokiri]

Уважаемый, EUryy, тысячу раз спасибо!
Буду искать как найти погонное ослабление коаксиала в зависимости от частоты.

Кстати , там же целый подфорум по метрологии, и датчикам, может там тоже оставить сообщение?) Насколько я понимаю процесс, после 300МГц, потери в металле, над потерями в диэлектрике будут в разы преобладать, может стоить задаться вопросом, а нужен ли вам тангенс?).

[тау]

γ=α+jβ=sqrt(Z_oY_o)=sqrt( (r_o+jωL_o)(g_o+jωC_o) )

для разомкнутого коаксиала с потерями Z_вх=Z_c cth(γl) , где l- длина

не забываем что cth(γl) =(e^2γl+1)/(e^2γl-1)

на резонансе достигается минимум модуля комплексной величины cth(γl). Для острых резонансов можно условно считать что в таком случае e^2γl=-1 и соответственно искать "по-простому" из первой формулы g_o.
Для "тупых" резонансов этого делать нельзя, если нужна высокая точность , хотя я сомневаюсь что тупые резонансы можно точно померять на спектроанализаторе. Это не тот прибор который может мерять Z_вх трубы с достойной точностью на тупых резонансах. Кажется где-то в Ваших, Катя , рисунках, я видел такой тупой резонанс для глицерина.
Совершенно правильно заметил EUrry, что перед всякими вычислениями надо без диэлектрика прокалибровать "пустую" трубу (g_o=0 !!! при этом) для нахождения зависимости погонного сопротивления r_o от частоты.

Про ослабление в 2 раза , о котором упоминял EUrry, можете не беспокоиться, если по-прежнему меряете резонансное Z_вх. Оно в формулках учтено.
всё имхо.

Тангенс потерь (отношение активной мощности к реактивной через диэлектрик) в итоге -это отношение действительной части g_o к ωC_o

PS/с нулевыми индексами - это погонные величины.

Сообщение отредактировал тау - Aug 18 2011, 14:12

[Kate25]

γ=α+jβ=sqrt(Z_oY_o)=sqrt( (r_o+jωL_o)(g_o+jωC_o) )

для разомкнутого коаксиала с потерями Z_вх=Z_c cth(γl) , где l- длина

не забываем что cth(γl) =(e^2γl+1)/(e^2γl-1)

на резонансе достигается минимум модуля комплексной величины cth(γl). Для острых резонансов можно условно считать что в таком случае e2γl=-1 и соответственно искать "по-простому" из первой формулы g_o.
Для "тупых" резонансов этого делать нельзя, если нужна высокая точность , хотя я сомневаюсь что тупые резонансы можно точно померять на спектроанализаторе. Это не тот прибор который может мерять Z_вх трубы с достойной точностью на тупых резонансах. Кажется где-то в Ваших, Катя , рисунках, я видел такой тупой резонанс для глицерина.
Совершенно правильно заметил EUrry, что перед всякими вычислениями надо без диэлектрика прокалибровать "пустую" трубу (g_o=0 !!! при этом) для нахождения зависимости погонного сопротивления r_o от частоты.

Про ослабление в 2 раза , о котором упоминял EUrry, можете не беспокоиться, если по-прежнему меряете резонансное Z_вх. Оно в формулках учтено.
всё имхо.

Тангенс потерь (отношение активной мощности к реактивной через диэлектрик) в итоге -это отношение действительной части g_o к ωC_o

PS/с нулевыми индексами - это погонные величины.

Спасибо большое, тау!!!
Я пробую...

[Kate25]

Вот, благодаря Вам, все красивенько получается!
Спасибо!
Но хотелось бы узнать, а если только по амплитуде сигнала и частоте резонанса, можно вычислить тангенс угла диэлектрических потерь?
Существует ли такая зависимость?

[Dr.Drew]

Так всё-таки тангенс потерь диэлектрика или добротность резонатора? Это разные вещи. и по разному меряются. Чтобы тангенс померять, нужно металл убрать из системы. А вот добротность можно измерить с помощью генератора и анализатора спектра, но это уже больше похоже на скалярный анализатор цепей.

[тау]

Но хотелось бы узнать, а если только по амплитуде сигнала и частоте резонанса, можно вычислить тангенс угла диэлектрических потерь?
Существует ли такая зависимость?

нет.
в общем случае - нельзя. Можно получить одну и ту же амплитуду резонанса "варьируя" r_o или g_o , а кто из них при этом важнее\главнее/весомее - узнать невозможно из указанных Вами данных. А ведь только от g_o зависит тангенс потерь. Короче, не зная r_o , а еще лучше как функции частоты, что-то внятно говорить об g_o не получается , кроме частных случаев типа когда r_o можно пренебречь.

[Kate25]

Спасибо, Всем большое!
Конечно, я знаю, что Вы тау и Вы Dr Drew правы!
Однако, у кого еще есть терпение, покритикуйте пожалуйста идею, которую я нашла в литературе якобы подходящую по мои запросы (слепила из всего что было).

[VitaliyZ]

Спасибо, Всем большое!

Однако, у кого еще есть терпение, покритикуйте пожалуйста идею, которую я нашла в литературе

Это будет работать для закрытых систем. Если ты собираешься использовать разомкнутый коаксиал, то не забудь включить в формулу потери на излучение из открытого конца (1/Qradiation)

[Kate25]

Это будет работать для закрытых систем. Если ты собираешься использовать разомкнутый коаксиал, то не забудь включить в формулу потери на излучение из открытого конца (1/Qradiation)

Вот есть же люди добрые!!!
Спасибо огромное, VitaliyZ!!!

[ledum]

Если бы Вы еще как-нибудь намекнули в какой области это требуется. Судя по всему жидкости. Возможно органика. Дочке на медико-инженерном кое-что подбирал.
http://shodhganga.inflibnet.ac.in/bitstrea...11_appendix.pdf
http://www.isema-online.com/uploads/ISEMA_...Proceedings.pdf
http://nopr.niscair.res.in/bitstream/12345...)%20218-226.pdf
http://www.physics.iitm.ac.in/research_fil...sis/vishwam.pdf
Может пальцем в небо, а может какие-то идеи пригодятся.

Сообщение отредактировал ledum - Aug 22 2011, 15:37

[Kate25]

Если бы Вы еще как-нибудь намекнули в какой области это требуется. Судя по всему жидкости. Возможно органика. Дочке на медико-инженерном кое-что подбирал.
http://shodhganga.inflibnet.ac.in/bitstrea...11_appendix.pdf
http://www.isema-online.com/uploads/ISEMA_...Proceedings.pdf
http://nopr.niscair.res.in/bitstream/12345...)%20218-226.pdf
http://www.physics.iitm.ac.in/research_fil...sis/vishwam.pdf
Может пальцем в небо, а может какие-то идеи пригодятся.

Спасибо, Вам самое большое, Уважаемый ledum!!!
Самое то, что надо!!!

[ser_aleksey_p]

...существует ли метод определения тангенса угла потерь по амплитуде сигнала на анализаторе спектра...

Есть достаточно простой способ определения тангенса угла потерь разомкнутого коаксиала на анализаторе цепей.

[Kate25]

Есть достаточно простой способ определения тангенса угла потерь разомкнутого коаксиала на анализаторе цепей.

Спасибо большое за совет!

[Kate25]

Уважаемае Умы,

Посмотрите, пожалуйста, что я снова напутала.

В прикрепленном фалике мои чатоты: резонансная и по уровню 3 dBm. Я думала, что все должно быть просто: tan(dielectric)=1/Qu-1/Qc=frez/(f2-f1)-1/Qc (Qc- в ранние прикрепленном файлике). Однако, по моим частотам (Q отражений пока не расссматриваю вообще, так как в первом приближении, они не делают большого вклада) у меня получается tan (dielectric)=0.024, а по расчетным формулам 5,5е-4. (Проводимость водя, еще раз померянная 0.65е-4 S/m, раннее указала неправильно)

Заранее Всем самое огромное спасибо!

[Kate25]

Уважаемые, Умы!

Все-таки, набралась я мужества, помучить Вас еще! (Не без совета очень-очень хорошего Человека!)

Мне хочется узнать и понять возможно ли по измеренной с помощью анализатора спектра АЧХ расчитать тангенс угла диэлектрических потерь.
Т.е. только по графику. Исходя из информации в статье (отдельное спасибо тау за статью) по графику, на уровне -3dBm, определяем f1и f2 (боковые частоты), определяем резонансную чатоту fres и все считается, исходя из нагруженной или ненагруженной добротности. У меня нагруженная добротность, я полагаю, так как с одной стороны у меня генератор частоты, а с другой анализатор спектра (пожалуйста посмотрите приложенную схему). (По-началу я думала, что у меня ненагруженная добротность, так как резонатор разомкнутый.) А дальше, расчиать добротность самой системы, и получить тангенс угла диэлектрических потерь диэлектрика, используемого в коаксиальном шлейфе. Не выходит...

Поругайте, пожалуйста еще!

Заранее Всем огромнейшее спасибо!

[Dr.Drew]

А резонатором выступает отрезок линии Т3? Ну получите нагруженную добротность, а собственную расчитать не удастся. Тут нужна характеристика коэффициента отражения, а его померить не удастся. Или если известно характеристическое сопротивление резонатора, то можно обойтись без отражения. При заданном соотношении сопротивлений можно расчитать величину связи и перевести нагруженную в собственную. Но тангенс угла потерь диэлектрика всё равно не вычислить - там же металл влияет...даже сильнее, чем диэлектрик. Характеристики диэлектрика по-другому определяются.

[Kate25]

А резонатором выступает отрезок линии Т3? Ну получите нагруженную добротность, а собственную расчитать не удастся. Тут нужна характеристика коэффициента отражения, а его померить не удастся. Или если известно характеристическое сопротивление резонатора, то можно обойтись без отражения. При заданном соотношении сопротивлений можно расчитать величину связи и перевести нагруженную в собственную. Но тангенс угла потерь диэлектрика всё равно не вычислить - там же металл влияет...даже сильнее, чем диэлектрик. Характеристики диэлектрика по-другому определяются.

Спасибо, огромное за ответ, Уважаемый Dr.Drew!
Основная проблема у меня в том, что потери в диэлектрике много больше чем влияние металла.
Вы, правы, резонатор-отрезок линии ТЗ.

[тау]

Поругайте, пожалуйста еще!

Отличие вашей схемы от многих в ссылочных статьях в том - что у вас резонатор разомкнутый, и на частоте резонанса представляет собой в точке его присоединения только эквивалентное сопротивление потерь (из-за потерь в проводимости стенок и потерь в диэлектрике ) . Пик (яма) резонанса представляет собой отношение мощности на эквивалентном сопротивлении потерь "разомкнутого на другом конце" резонатора к подводимой мощности , измеряемой спектроанализаторм без включенного в цепь резонатора. Допустим Вы подавали 0 дбм (децибелл на милливатт), а на резонансе намеряли -57 дбм . Разница получилась в 57 "уже децибел" . Выходное сопротивление цепи в точке подсоединения резонатора 25 Омов ( с обеих сторон по 50) . Отсюда делается простой вывод что эквивалентное сопротивление потерь вашего резонатора Rx , входящее в формулу делителя , может быть рассчитано: 20Log10( Rx/(25+Rx) ) =-57 из неё находите Rx=0.035 Ома .
Отношение Z0 вашего резонатора (кажется примерно 200 Ом/sqrt(er)=22 для воды ) к вычисленному Rx есть ненагруженная добротность вашего резонатора, с учетом потерь в меди и диэлектрике (водя?).
То есть Qu= 22/0.035= 639. Если такая высокая добротность зависит только от диэлектрика (тут есть сомнение в Ваших уверениях) то у этого диэлектрика очень небольшой тангенс потерь =1/Q = примерно 0.00156 .
Написал "примерно" потому , что на самом деле здесь есть тонкость. Тангенс потерь "плохого " диэлектрика = 1/Q с некоторым коэффициентом , то-ли sqrt(2) , то-ли 4/pi , надо подумать , а некода . Причина в том что резонатор "распределённый" и нет такого момента времени, когда вся энергия сосредоточена в емкости , наподобие RLC резонатора. иными словами, когда энергия электрического поля вблизи открытого конца резонатора максимальна, в центральном проводнике течет ток почти без потерь (по Вашим словам "проблема у меня в том, что потери в диэлектрике много больше чем влияние металла.") .

по графику, на уровне -3dBm, определяем f1и f2 (боковые частоты), определяем резонансную чатоту fres и все считается

это ,имхо, не для вашего случая, по причине разомкнутости резонатора.

[Kate25]

Отличие вашей схемы от многих в ссылочных статьях в том - что у вас резонатор разомкнутый, и на частоте резонанса представляет собой в точке его присоединения только эквивалентное сопротивление потерь (из-за потерь в проводимости стенок и потерь в диэлектрике ) . Пик (яма) резонанса представляет собой отношение мощности на эквивалентном сопротивлении потерь "разомкнутого на другом конце" резонатора к подводимой мощности , измеряемой спектроанализаторм без включенного в цепь резонатора. Допустим Вы подавали 0 дбм (децибелл на милливатт), а на резонансе намеряли -57 дбм . Разница получилась в 57 "уже децибел" . Выходное сопротивление цепи в точке подсоединения резонатора 25 Омов ( с обеих сторон по 50) . Отсюда делается простой вывод что эквивалентное сопротивление потерь вашего резонатора Rx , входящее в формулу делителя , может быть рассчитано: 20Log10( Rx/(25+Rx) ) =-57 из неё находите Rx=0.035 Ома .
Отношение Z0 вашего резонатора (кажется примерно 200 Ом/sqrt(er)=22 для воды ) к вычисленному Rx есть ненагруженная добротность вашего резонатора, с учетом потерь в меди и диэлектрике (водя?).
То есть Qu= 22/0.035= 639. Если такая высокая добротность зависит только от диэлектрика (тут есть сомнение в Ваших уверениях) то у этого диэлектрика очень небольшой тангенс потерь =1/Q = примерно 0.00156 .
Написал "примерно" потому , что на самом деле здесь есть тонкость. Тангенс потерь "плохого " диэлектрика = 1/Q с некоторым коэффициентом , то-ли sqrt(2) , то-ли 4/pi , надо подумать , а некода . Причина в том что резонатор "распределённый" и нет такого момента времени, когда вся энергия сосредоточена в емкости , наподобие RLC резонатора. иными словами, когда энергия электрического поля вблизи открытого конца резонатора максимальна, в центральном проводнике течет ток почти без потерь (по Вашим словам "проблема у меня в том, что потери в диэлектрике много больше чем влияние металла.") .

это ,имхо, не для вашего случая, по причине разомкнутости резонатора.

Спасибо, Вам, огромное, тау!!!
Все переписала и перевела. Поеду завтра в Германию мучить тамошенего профессора мучить... может поможет

[Kate25]

Тысячу раз спасибо, Всем, кто помогал мне разобраться, в этой, для меня, сложной теме!!!

Уважаемый тау-гений!!!

Описанный им способ, оказался тем самым, который я могу применить! (Профессор в Германии сказал, что друго подхода в данном случае он не видит).

Еще раз Всем огромнейшее спасибо!