| Статья |
|---|
| Название статьи |
Методика измерений действительной части относительной диэлектрической проницаемости переохлаждённой воды в микроволновом диапазоне |
| Авторы |
Бордонский Г.С. доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией геофизики криогенеза, lgc255@mail.ru |
| Библиографическое описание статьи |
Бордонский Г. С. Методика измерений действительной части относительной диэлектрической проницаемости переохлаждённой воды в микроволновом диапазоне // Учёные записки Забайкальского государственного университета. 2019. Т. 14, № 3. С. 58-65. DOI: 10.21209/2308-8761-2019-14-3-58-65. |
| Рубрика |
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ. ЭКСПЕРИМЕНТ |
| УДК |
537.874 |
| DOI |
|
| Тип статьи |
|
| Аннотация |
Диэлектрические характеристики переохлаждённой воды требуются для решения задач микроволнового дистанционного зондирования природной среды. В настоящее время отсутствуют измерения действительной части относительной диэлектрической проницаемости для температур ниже -18 °C. В работе предложена методика измерений действительной части относительной диэлектрической проницаемости с использованием волноводных резонаторов. В резонатор помещают дисперсную увлажнённую среду с порами нанометровых размеров для достижения глубокого переохлаждения воды. Для устранения влияния неоднородностей среды, вызванной миграций влаги при её замерзании и проявлении искажений резонансных кривых, предлагается использовать волноводные резонаторы повышенных размеров. При этом из-за усреднения свойств среды по объёму происходит сглаживание осцилляций на резонансных кривых пропускания резонатора и значительно уменьшается влияние неоднородностей на результаты определения параметров резонанса. В выполненном эксперименте использован прямоугольный резонатор с длиной, равной длине волны в волноводе, соответствующего сечения. По сравнению с полуволновым резонатором удалось получить существенно более правильную форму резонансной кривой и определить сдвиг резонансной частоты при понижении температуры влажной среды. Рассмотрены возможные ошибки восстановления диэлектрических характеристик переохлаждённой воды, которые следует учитывать при измерениях. Предполагается достижение точности измерений действительной части диэлектрической проницаемости порядка десяти процентов в сантиметровом диапазоне длин волн при температурах от -20 до -60 °C.
|
| Ключевые слова |
переохлаждённая вода, диэлектрическая проницаемость, микроволновый диапазон, нанопористая среда, резонаторные измерения |
| Информация о статье |
|
| Список литературы |
1. Бордонский Г. С., Орлов А. О., Крылов С. Д. Изучение фактора потерь переохлаждённой поровой воды на частотах 60... 140 ГГц // Радиотехника и электроника. 2019. Т. 64, № 4. С. 350-355.
2. Бордонский Г. С., Орлов А. О., Хапин Ю. Б. Коэффициент затухания и диэлектрическая проницаемость переохлаждённой объёмной воды в интервале температур 0 ... — 90 °С на частотах 11... 140 ГГц // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14, № 3. С. 255-270.
3. Бордонский Г. С., Филиппова Т. Г. Влияние перколяции на диэлектрические свойства мёрзлых дисперсных сред // Конденсированные среды и межфазные границы. 2002. Т. 4, № 1. С. 21-26.
4. Гурулев А. А. Резонаторные исследования пресного льда на частоте 3.3 ГГц // Учёные записки Забайкальского государственного гуманитарно-педагогического университета им. Н.Г. Чернышевского. 2009. № 2. С. 131-133.
5. Кутуза Б. Г., Данилычев М. В., Яковлев О. И. Спутниковый мониторинг Земли: Микроволновая радиометрия атмосферы и поверхности. М.: ЛЕНАНД, 2016. 336 с.
6. Орлов А. О. Микроволновые свойства переохлаждённой поровой воды на частотах 11 У 140 ГГц: дис. ... канд. физ.-мат. наук: 01.04.03. М., 2017. 164 с.
7. Семенов Н. А. Техническая электродинамика. М.: Связь, 1973. 480 с.
8. Шарков Е. А. Радиотепловое дистанционное зондирование Земли: физические основы: в 2 т. Т. 1. М.: ИКИ РАН, 2014. 544 с.
9. Bertolini D., Cassettari M., Salvetti G. The dielectric relaxation time of supercooled water // J. Chem. Phys. 1982. Vol. 76, is. 6. P. 3285-3290.
10. 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 // J. Chem. Phys. Ref. Data. 2007. Vol. 36, No. 1. P. 1-18.
11. Limmer D. T., Chandler D. Phase diagram of supercooled water confined to hydrophilic nanopores // J. Chem. Phys. 2012. Vol. 137, is. 4. P. 1841-1844.
12. Rosenkranz P. W. A Model for the complex dielectric constant of supercooled liquid water at microwave frequencies // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2015. Vol. 53, is. 3. P. 1387-1393. |
| Полный текст статьи | Методика измерений действительной части относительной диэлектрической проницаемости переохлаждённой воды в микроволновом диапазоне |
