Г1 – СВЧ генератор; Г2 – НЧ генератор; М – балансный модулятор; А1 – антенна передающая; А2 – антенна приемная; Ф1 – фазовращатель образцовый; Ф2 – фазовращатель подстроечный.

Канал с образцом – измерительный канал; канал без образца – эталонный, фазометрический.

М – модулятор.

Ат – аттенюатор.

СУ – согласующее устройство.

Смысл Ф1 – в компенсации длин каналов.

Смысл Ф2 – в выравнивании плеч мостов.

Еще раз повторим, что в схеме мы можем измерить только изменение фазы волны в испытуемом образце. Причина этих изменений в том, что при нагреве образца меняются его электрические параметры.

В измерительном канале при нагреве диэлектрика существенно изменяется мощность сигнала, прошедшего диэлектрик. Сигналы в опорном и измерительном каналах, таким образом, резко различаются по мощности. Достоинство схемы дифференциального фазометра состоит именно в том, что она нечувствительна к резкому различию мощностей в каналах.

На выходе фазового дискриминатора имеем два сигнала – один из них пропорционален косинусу , а второй синусу . Если послать эти сигналы на измеритель отношений, то получим tg .

Оценим метод свободного пространства, сравнивая его с контактным методом. В методе свободного пространства мы не ограничены в диапазоне достигаемых температур, можем греть очень долго, до момента плавления диэлектрика.

Однако есть и недостаток – усложнение схемного решения, много хитростей в измерении, связанных со свободным пространством. К свободному пространству относят не только воздух, но также передающую и приемную антенны. Оно весьма существенно влияет на результаты и точность измерений. Отражение волны от образца идет под тем же углом, под которым падает луч на образец, и поэтому волна попадает в передающую антенну. Волна из бегущей становится стоячей, т.е. будет переотражение между антенной и образцом диэлектрика. Работа генератора ввиду этого искажается, появляются ошибки измерения фазы и коэффициента прохождения. Бороться с этим явлением можно поворотом диэлектрика на небольшой градус, чтобы отражение шло мимо антенны. Сдвиг образца на величину до позволяет использовать математику для нормального случая падения (для плоской и однородной волны).

Также есть другая неприятность. Может возникать переотражение между двумя антеннами, что необходимо исправлять путем согласования антенн. Антенны можно согласовывать, регулируя напряженность поля в апертуре (если напряженность подчиняется распределению по закону Гаусса). Распределением поля мы можем управлять с помощью профиля облучателя, так как форму отражателя (эллипсоид вращения) мы менять не можем.

Однако здесь тоже есть проблемы. При распределении по закону Гаусса хуже фокусировка, так как фокальное пятно больше. Фокусировка будет намного лучше при прямоугольном распределении поля в апертуре. При расфокусировке начинаем снимать измерения с большей площади (с нагреваемой и ненагреваемой поверхностей), чем прогреваем, в результате чего получаем ошибку измерения.

Лучше бороться за золотую середину между фокусировкой и согласованием антенн.

По итогу измерений диэлектрических параметров должны получить зависимости Таким образом, нужно мерить также температуру. Контактные способы измерения нас не устраивают, поскольку эта измерительная аппаратура (посторонний объект) будет существенно влиять на ведомые измерения. Бесконтактное измерение температуры идет по мощности излучения – чем сильнее нагрет образец, тем излучение интенсивнее.

Исследовали диэлектрик (теплозащиту) – теперь нужно оценивать характеристики антенного окна (диаграмму направленности, КПД и шумовую температуру). Оценку можем проводить аналитическим способом и экспериментально.