Уважаемые умы,
выскажите, пожалуйста, свое мнение по-поводу создания датчика на основе резонатора с периодической структурой для измерения диэлектрических свойств жидкостей. Теорию нашла здесь:
Никольский и Никольская "Электродинамика и распространение радиоволн"

Из устройств для измерения параметров: анализатор спектра HAMEG3010 до 3 ГГц.
Первое, что пришло на ум собрать конструктор как на картинке.
За любую критику и идею конструкции, которую я бы смогла смастерить сама, всем заранее огромнейшее спасибо!

Посмотрите гл. 6, 7
Харвей А.Ф. =Техника сверхвысоких частот т.1.= (М. Сов.Радио, 1965)

Спасибо огромное, очень полезная книга!
Меня бы еще носом ткнули непосредственно в резонаторы с переодическими структурами.

Уважаемые Умы,
Правильно ли, что суммарное электрическое поле Е такой системы, будет равно 0?
Заранее всем спасибо за помощь.

1) Что такое "суммарное электрическое поле Е такой системы"? Если сами задумаетесь, то поймете, что сказали фигню.
2) у вас на рисунках не периодическая система, а чуть покореженный обычный коаксиальный датчик. Работать будет

Спасибо огромнейшее, Anga, за терпение и помощь.
Вопрос как смогла поправила
Только теперь возник другой, а как поправить до периодической системы?
Еще раз спасибо!

Посмотрел оглавление и по диагонали пролистал разделы по резонаторам и периодическим структурам. Не нашел где теория. Укажите поточней.
А в общем случае епсилон и мю определяют по смещению резонансной частоты резонатора без исследуемого вещества и с ним. Потери определяют по ширине резонансной кривой. Но сложность заключается в том, что епсилон и мю "работают" одновременно. Для разделения эффектов для определения епсилон вещество надо помещать в ту часть резонатора, где есть электрические поля, и минимальны магнитные. Для определения мю - наоборот.
Если есть твердая уверенность, что одна из величин близка к единице, то можно залить жидкость (в данном случае) полностью в резонатор. Кстати, тогда сильно упрощаются формулы для вычисления.
Самый простой вариант круглый или прямоугольный полый резонатор, работающий на самой нижней частоте.

Что касается аппаратуры, то кроме спектранализатора необходим генератор.

И, поскольку не нашел теорию, то не понял в чем преимущества "резонатора с периодической структурой"

Оч. много работ до диэлетрометрии подобными способами происходят из харьковского ИРЭ им. Усикова. Вплоть до состоянии здоровья мыши, помещенной в этот резонатор (хе-хе). Но есть и нормальные работы, что-то в духе измерение изменения эпсилона крови при ее реакции на бактерии или что-то типа того(там много биологии всякой). И, кстати, афайр народ чаще интересовали именно регистрация изменения характеристик, но не абсолютные значения.

Уважаемые Умы,
как всегда спасибо Вам всем огромное за помощь и терпение.
Кому интересно, вот теория из Никольского и обзорная статья-буржуйска.
Также прилагаю картинку из того, что у меня созрело с Вашей. Осталось, разобраться насколько глубоко эта тема проработана.
Еще раз спасибо!

Осталось все-таки непонятно в чем сущность метода, и его преимущества перед остальными.
В приложенных Вами статьях рассматриваются проблемы распространения в замедляющих системах, в том числе конечной длины.
Понятно, что при заполнении зам. системы диэлектриком изменится фазовая скорость, волновое сопротивление и т.п., Но какие параметры мерить, а главное как количественно связать их с диэлектрической проницаемостью непонятно. Как отделить воздействие эпсилон от мю материала?

Если говорить о теории и методах, то посмотрите например: Нажмите для просмотра прикрепленного файла ,Нажмите для просмотра прикрепленного файла , тут
Здесь по крайней мере показана связь измеряемых параметров, с эпсилон, ограничения и преимущества методов

Еще раз огромное за ссылки, литературу и, конечно, же бесседу.
Преимущества, а также возможный способ измерения параметров такого рода датчика, правда, несколько для других целей целей, нашла здесь

http://www.speag.com/products/dak/dielectric-measurements/

Огромнейшее спасибо, интересную ссылку.
Проблема в том, что данный метод измерения диэлектрических параметров является "off-line", а через стакан с отверстиями воду лить не получится, так как уровень воды будет играть роль. Еще одна проблема, заключается в том, что "DAK interfaces with the most popular vector network analyzers ", т.е. "low-cost" также не выйдет, поскольку мой анализатор спектра HAMEG 3010 на порядок дешевле, чем самый дешевенький VNA.

Меня Вы тут многому уже чему научили, так вот, заявленная точность определения диэлектрической проницаемости в диапазоне 1-200, дана для однородных структур (?), а что будем иметь если смеси, либо многослойную емкость, либо приближенные уравнения для смесей, которые в свою очередь разброс дают в зависимости от распределения одной среды в другой.

Вот мне и хочется чего-то более чувствительного для измерения диэлектрических параметров жидкостей, чем предложенные методы.

То, что они делают просто только в одном случае: жидкость всегда одна и та же, ее свойства одни и те же. Тогда откалибровав отклик системы один раз при разных уровнях жидкости всегда имеем решение. Если жидкости разные (или свойства изменились, например от изменения температуры) - то ничего не получиться. Интерпретировать измерения однозначно не удастся.

Чтобы чего-то мерить, необходима достаточно точная формула, связывающая измерения с параметрами. Измерить можно амплитуду и фазу отраженного (проходящего) сигнала, резонансную частоту и добротность резонатора. Параметры сигнала нужно мерить очень точно. Формулы связи даже для датчиков "простой" формы нетривиальны. А для датчика такой сложной формы их вообще по-моему невозможно записать. Хотя, может и существует конструкция "сложной" формы имеющая относительно "простую" формулу для связи ВЧ параметров сигнала с параметрами материала. Но из приведенных ссылок этого нигде не следует.
"Работающие" же методы применяют пока простые конструкции: резонаторы наиболее простых форм, разрыв коаксиальной линии и т.п.

Возможно как-то откалиброваться на жидкостях с заранее известными свойствами, но не факт, что в широком диапазоне свойств это удастся сделать.

Может все-таки упростить задачу: взять объемный резонатор (как в патенте, который я приводил) через центр пропустить трубку из диэлектрического материала с известными свойствами наиболее тонкостенную. Через трубку пропускаете жидкость. По формуле сдвига резонансной частоты и добротности считаете эпсилон и тангенс дельта.
Или, если есть уверенность в отсутствии магнитных свойств, заполняете резонатор полностью жидкостью, тут формула будет еще проще.

Посмотрела я этот патент, но ничего без картинок/схем не поняла. Написано много, но из этого сложить схему не могу. Нет ли к тому патенту "подсказки", как все-таки выглядит та установка?

Спасибо огромное за идею! Буду дальше думать и читать!

Берется круглый резонатор и на низшем типе волны измеряется резонансная частота и добротность (в принципе резонансная частота считается по размерам, но остаются погрешности за счет неточности изготовления и измерения). В центре резонатора есть сквозное отверстие. В это отверстие, параллельно силовым электрическим линиям вставляется измеряемый образец. Толщина образца много меньше диаметра резонатора. У резонатора с образцом получается свои резонансная частота и добротность. Магнитного поля по центру резонатора нет (т.е. изменения частоты происходит только за счет эпсилон).
По разнице в частотах и добротностях определяется эпсилон и тангенс дельта.
Метод старый. Давным давно, аналитически была выведена формула (вывод есть в литературе патента), связывающая уход частоты и добротности с параметрами образца (она, как считалось, была справедлива для случая, когда диаметр или поперечный размер образца много меньше диаметра резонатора).
На практике оказалось, что даже в этом случае формула обладает погрешностью. Патент дает уточненную формулу. Кстати при численном моделировании были получены те же результаты.

В установке кроме резонатора есть генератор качающейся частоты, детекторная головка, осциллограф, СВЧ-тракты (набор может быть другим, но должен позволять точно мерить резонансную частоту и добротность).
Нажмите для просмотра прикрепленного файла