Двухслойный квазиоптический лейкосапфировый резонатор для диэлектрометрии биологических жидкостей

Abstract

Резонаторы с волнами шепчущей галереи могут использоваться для исследования конденсированных сред, в частности для изучения свойств диэлектрических жидкостей. Однако электродинамические свойства реальных резонаторных структур указанного типа изучены недостаточно. Исследован микроволновый отклик радиально-двухслойного квазиоптического резонатора в виде диэлектрического цилиндрического кольца, зажатого между двумя плоскими проводящими торцевыми стенками. Реальный резонатор имеет, как правило, дополнительный слой между лейкосапфировым кольцом и проводящей поверхностью, что исключает строгое решение соответствующей электродинамической задачи. Лейкосапфировый резонатор исследован методами численного моделирования и экспериментальных измерений его микроволнового отклика в 8-мм диапазоне. Получено хорошее соответствие экспериментально измеренных и вычисленных значений добротности и резонансных частот. Показано, что резонатор позволяет измерять комплексную диэлектрическую проницаемость водных растворов с погрешностью около 3 %.

Резонатори з хвилями шепочучої галереї можуть використовуватися для дослідження конденсованих середовищ, зокрема для вивчення властивостей діелектричних рідин. Однак електродинамічні властивості реальних резонаторних структур цього типу досліджені недостатньо. Досліджений мікрохвильовий відгук радіально-двошарового квазіоптичного резонатора у вигляді діелектричного циліндричного кільця, затисненого між двома плоскими провідними торцевими стінками. Реальний резонатор має, як правило, додатковий шар між лейкосапфіровим кільцем і провідною поверхнею, що виключає строге рішення відповідної електродинамічної задачі. Лейкосапфіровий резонатор досліджений методами числового моделювання і експериментальних вимірювань його мікрохвильового відгуку в 8-мм діапазоні. Отримано добру відповідність експериментально виміряних і обчислених значень добротності та резонансних частот. Показано, що резонатор дозволяє вимірювати комплексну діелектричну проникність водних розчинів з похибкою приблизно 3 %.

WGM resonators can be used for studies of condensed matter, especially for the study of the dielectric liquids properties. However, the electromagnetic properties of the real resonator structures are not well understood. The microwave response of quasioptical radially-two-layered dielectric resonator in the form of a cylindrical ring sandwiched between two flat conducting endplates is studied. Usually real resonator has an additional layer between the leucosapphire ring and a conducting surface, that eliminates a possibility of the rigorous solution for the corresponding electromagnetic problem. The leucosapphire resonator is studied with numerical modeling methods and experimental measurements in the Ka-band. A good agreement between the experimentally measured and calculated values of frequencies and Q-factors is achieved. It is shown that the resonator allows the measurement of the complex permittivity of solutions with an error of about 3 %.