Forbedring af lavtabels dielektrisk måleteknik

Forskere fra NPL har udviklet forbedringer af en teknik til måling af dielektrisk permittivitet og tab af materialer ved MHz -frekvenser. Den anvendte metode er opkaldt efter to NPL -forskere, der udviklede sig i 1930, Hartshorn og Ward. Resultaterne præsenteres i teamets papir, "Dielektriske målinger med lavt tab i frekvensområdet 1—70MHz ved hjælp af en Vector Network Analyzer, "for nylig udgivet i Måling videnskab og teknologi . Denne metode gør det muligt at bestemme permittiviteten og tabet af et ark dielektrisk materiale placeret mellem pladerne i en kondensator ved at resonere det med en spoleinduktor. Værdien af ​​teknikken er, at meget lave tab kan bestemmes ud fra måling af små ændringer i Q-faktor.

Historisk set Hartshorn and Ward -metoden blev brugt til at karakterisere polyethylen, der blev brugt i undersøiske kabelsystemer før opfindelsen af ​​fiberoptiske kabler. Det blev fastslået, at britisk fremstillet polyethylen havde et lignende tab som importeret materiale, med stor fordel for den britiske økonomi. Der er stadig krav til måling af tabet af lavtabende polymerer, der anvendes i elektronikindustrien. En anden applikation er til måling af tab af vinduer, der bruges i radiofrekvenssystemer med høj effekt. Disse omfatter keramiske vinduer, der bruges i Joint European Torus (JET) fusionsreaktoren for at tillade input af RF -strøm til at skabe plasma ved ioncyklotronresonansvarme (ICRH). Målingerne af tab er nødvendige for at demonstrere, at vinduerne har tilstrækkelig modstandsdygtighed til at undgå fejl ved overophedning.

Det nyligt udgivne værk beskriver, hvordan et Hartshorn og Ward-system fremstillet af ERA Technology i 1970'erne blev tilpasset til at bruge en Vector Network Analyzer i stedet for en analog Q-måler. Det beskriver også, hvordan usikkerheder blev forbedret ved hjælp af numeriske modelleringsteknikker til at korrigere målinger for effekten af ​​frynsefelter omkring kanten af ​​elektroder. En omfattende målesammenligning, der omfatter evalueringer af usikkerhed, er inkluderet i papiret. Tabstangenter mindre end 10 ^-5 kan løses.

Andrew Gregory, Seniorforsker, NPL udtaler:"Måling af meget lavt dielektrisk tab giver unikke udfordringer, fordi spredning, der forekommer i prøver, skal adskilles fra andre kilder til spredning i forsøget. Et Hartshorn og Ward -eksperiment blev bragt ind i den digitale tidsalder, gør det mere bekvemt at bruge og gør det muligt at reducere måleusikkerheden. Jeg var så heldig at modtage hjælp fra to gæstearbejdere, G J Hill og M A Barnett, med mange års erfaring med måling af lavt tab. Dette arbejde har ført til et omfattende metrologipapir, og et opdateret instrument, der nu er en af ​​de faciliteter, vi har som en del af det nationale målesystem. "