ВИМІРЮВАЛЬНА КОМІРКА НА ОСНОВІ КВАРЦОВОГО КВАЗІОПТИЧНОГО РЕЗОНАТОРА ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ ДІЕЛЕКТРИЧНИХ РІДИН У СУБТЕРАГЕРЦОВОМУ ДІАПАЗОНІ
Рубрика:
| Баранник, ОА, Губін, АІ, Проценко, ІО, Черпак, МТ |
| Вітусевич, СО |
Organization: Інститут радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова НАН України Інститут Петера Грюнберга |
| https://doi.org/10.15407/rej2016.02.074 |
| Мова: російська |
Анотація: Використання резонаторів з модами шепочучої галереї дозволяє досягти високої точності вимірювань при визначенні діелектричної проникності речовин завдяки їх високій добротності. Резонатор з мікрофлюїдним каналом (МФК) є перспективним для дослідження малих об’ємів речовин, що є особливо актуальним для біологічних рідин. Раніше було запропоновано використовувати сапфіровий резонатор з МФК як вимірювальну комірку для визначення діелектричної проникності рідин у 8-мм діапазоні довжин хвиль. Проте для використання в субтерагерцовому діапазоні більш перспективним є кварцовий резонатор, тому що його добротність вища. У цій роботі запропоновано вимірювальну комірку для визначення комплексної проникності рідин, які займають малий об’єм, у субтерагерцовому діапазоні, на основі кварцового квазіоптичного резонатора, покритого шаром пластика з МФК. Проведено експериментальні дослідження резонаторної структури і запропоновано модель для числових досліджень у програмі COMSOL Multiphysics. Шляхом порівняння значень частоти і добротності резонатора з відповідними значеннями, які було отримано обчисленням, проведено коректування моделі для випадку заповнення МФК водою. Показано, що модель для числових досліджень коректно описує резонаторну структуру. Отримано значення частоти і добротності резонатора при заповненні МФК речовинами з відомими значеннями комплексної діелектричної проникності (метанол, пропанол, етанол, ацетон). Значення частоти і добротності резонатора, отримані числовим і експериментальним шляхом, добре збігаються, що вказує на можливість використання резонатора в якості вимірювальної комірки для визначення діелектричної проникності речовин, які займають малий об’єм, з використанням спеціальної калібрувальної процедури. |
| Ключові слова: кварцовий квазіоптичний резонатор; мікрофлюїдний канал; комплексна діелектрична проникність; біологічні рідини |
Стаття надійшла 27.04.2016
PACS 77.22.Ch; 87.85.Fk
УДК 621.372.413
Radiofiz. elektron. 2016, 21(2): 74-78
Повний текст (PDF)
References:
- A dielectric resonator for measurements of complex permittivity of low loss dielectric materials as a function of temperature / J. Krupka, K. Derzakowski, B. Riddle, J. Baker-Jarvis // Meas. Sci. Technol. – 1998. – 9, N 10. – P. 1751–1756.
- Whispering-Gallery-Mode Resonator Technique With Microfluidic Channel for Permittivity Measurement of Liquids / A. I. Gubin. A. A. Barannik, N. T. Cherpak et al. // IEEE Trans. on MW Theory and Tech. – 2015. – 63, N 6. – P. 2003–2009.
- Радиационная добротность диэлектрических резонаторов различной формы с исследуемыми проводниками и жидкими диэлектриками / А. А. Баранник, С. А. Виту-севич, И. А. Проценко и др. // Радиофизика и электрон. – 2015. – 6(20), № 3. – P. 55–61.
- Two-layered disc quasi-optical dielectric resonators: electrodynamics and application perspectives for complex permittivity measurements of lossy liquids / A. A. Barannik, N. T. Cherpak, Yu. V. Prokopenko et al. // Meas. Sci. Technol. – 2007. – 18, N 7. – P. 2231–2238.
- WGM resonators with microfluidic channel for sub-mm wave characterization of biological liquids / A. A. Barannik, N. T. Cherpak, A. I. Gubin et al. // Proc. of German Microwave Conf. (GeMiC 2016). – Bochum, 2016. – Р. 15–18.
- Ellison W. J. Permittivity of Pure Water, at Standard Atmospheric Pressure, over the Frequency Range 0–25 THz and the Temperature Range 0–100 °C / W. J. Ellison // J. Phys. Chem. Ref. Data. – 2007. – 36, N 18. – P. 1–18.
- Barthel J. High frequency permittivity and its use in the investigation of solution properties / J. Barthel, R. Buchner // Pure Appl. Chem. – 1991. – 63, N 10. – P. 1473–1482.
