The 16 reference contexts in paper N. Poklonski A., A. Siahlo I., V. Shnitko T., V. Merkulov A., O. Davidenia M., A. Kovalev I., Н. Поклонский А., А. Сягло И., В. Шнитко Т., В. Меркулов А., М. Давиденя О., А. Ковалев И. (2015) “ЭКСПРЕСС-МЕТОДИКА БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НЕБОЛЬШИХ ОБРАЗЦОВ НА СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТАХ // FAST METHOD OF NON-CONTACT MICROWAVE MEASUREMENTS OF ELECTRICAL PARAMETERS OF COMPACT SAMPLES” / spz:neicon:pimi:y:2013:i:1:p:64-71

  1. Start
    1222
    Prefix
    Введение При измерениях электрических параметров материалов на сверхвысоких частотах (СВЧ) электромагнитного излучения можно бесконтактным способом определять электрическую проводимость материала, находящегося в СВЧрезонаторе
    Exact
    [1–4]
    Suffix
    . При этих измерениях регистрируется изменение добротности и/или расстройка частоты СВЧ-резонатора. В частности, СВЧ-диагностика может быть использована для бесконтактного измерения проводимости и фотопроводимости синтетических алмазов [4–6].
    (check this in PDF content)

  2. Start
    1477
    Prefix
    При этих измерениях регистрируется изменение добротности и/или расстройка частоты СВЧ-резонатора. В частности, СВЧ-диагностика может быть использована для бесконтактного измерения проводимости и фотопроводимости синтетических алмазов
    Exact
    [4–6]
    Suffix
    . Синтетический алмаз легируется донорными и акцепторными примесями, а также обладает достаточно высокой подвижностью и электронов, и дырок [7, 8]. Измерив электрическую проводимость кристалла алмаза, можно судить о его качестве – о количестве примесей в нем и совершенстве его кристаллической структуры.
    (check this in PDF content)

  3. Start
    1630
    Prefix
    В частности, СВЧ-диагностика может быть использована для бесконтактного измерения проводимости и фотопроводимости синтетических алмазов [4–6]. Синтетический алмаз легируется донорными и акцепторными примесями, а также обладает достаточно высокой подвижностью и электронов, и дырок
    Exact
    [7, 8]
    Suffix
    . Измерив электрическую проводимость кристалла алмаза, можно судить о его качестве – о количестве примесей в нем и совершенстве его кристаллической структуры. Известные методы СВЧ-диагностики основываются на сравнении резонансной частоты и добротности СВЧ-резонатора с образцом и без него [3, 4, 9].
    (check this in PDF content)

  4. Start
    1926
    Prefix
    Измерив электрическую проводимость кристалла алмаза, можно судить о его качестве – о количестве примесей в нем и совершенстве его кристаллической структуры. Известные методы СВЧ-диагностики основываются на сравнении резонансной частоты и добротности СВЧ-резонатора с образцом и без него
    Exact
    [3, 4, 9]
    Suffix
    . В предлагаемой измерительной установке используется отражательный СВЧрезонатор типа H101. Внесение образца в резонатор изменяет коэффициент отражения СВЧизлучения резонатором. Поэтому, измеряя мощность отраженного излучения, можно определять электрические свойства образца.
    (check this in PDF content)

  5. Start
    2966
    Prefix
    Схема установки В предлагаемой установке проводимость исследуемого образца определяется при «пролете» его через СВЧ-резонатор в поле силы тяжести. Используется прямоугольный резонатор типа H101 с двумя сквозными отверстиями, которые являются запредельными волноводами
    Exact
    [10, 11]
    Suffix
    , и не изменяют характеристики резонатора. Частота fr0 пустого H101-резонатора согласована с частотой генератора СВЧ-излучения. Исследуемый образец под действием силы тяжести пролетает рабочую область резонатора за несколько миллисекунд.
    (check this in PDF content)

  6. Start
    3452
    Prefix
    Находясь в рабочей области резонатора, образец изменяет коэффициент отражения мощности СВЧизлучения резонатором, причем коэффициент отражения зависит от удельной электропроводности и диэлектрической проницаемости образца
    Exact
    [1, 2]
    Suffix
    . Принципиальная схема устройства с рабочим резонатором для экспресс-диагностики электрических параметров на СВЧ небольших образцов представлена на рисунке 1. Создаваемое генератором (2) СВЧ-излучение на частоте /2  10 ГГц через вентиль-фланец (3), аттенюатор (4) и циркулятор (5) попадает в рабочий H101-резонатор (6).
    (check this in PDF content)

  7. Start
    4802
    Prefix
    резонатором: 1 – стабилизирующий резонатор; 2 – генератор СВЧизлучения; 3 – вентиль-фланец; 4 – аттенюатор; 5 – циркулятор; 6 – рабочий резонатор; 7 – детекторный диод; 8 – специализированный контроллер; 9 – персональный компьютер Обмен данными между контроллером и управляющим персональным компьютером осуществляется по принципу «запрос-ответ» с использованием MODBUS-протокола
    Exact
    [12]
    Suffix
    . Программное обеспечение позволяет задавать следующие параметры установки: частоту дискретизации АЦП контроллера, время измерения, напряжение на генераторе СВЧ-излучения для подстройки частоты, ток смещения на детекторном диоде.
    (check this in PDF content)

  8. Start
    6154
    Prefix
    проводимости образца σ, диэлектрической проницаемости образца r, размерах эллипсоидального образца вдоль трех координатных осей dsx, dsy, dsz, угловой частоте СВЧ-излучения в резонаторе , размерах полости резонатора (длине lx, ширине ly, высоте lz) и добротности резонатора Qr0. Эквивалентную схему резонатора представим в виде колебательного контура, характеризующегося тремя параметрами
    Exact
    [13]
    Suffix
    : эффективной емкостью Cr, эффективной индуктивностью Lr и эффективным сопротивлением Rr. Величины Lr и Rr выражаются через собственную угловую частоту колебаний r  2fr, емкость Cr и добротность Qr резонатора так: Lr  rrC 2 1  , Rr  rrrQC 1 . (1) Коэффициент отражения мощности СВЧизлучения резонатором равен [13,14]: ()  |()| |()| rg rg ZR ZR    |()| |()| 1 1 r
    (check this in PDF content)

  9. Start
    6464
    Prefix
    Величины Lr и Rr выражаются через собственную угловую частоту колебаний r  2fr, емкость Cr и добротность Qr резонатора так: Lr  rrC 2 1  , Rr  rrrQC 1 . (1) Коэффициент отражения мощности СВЧизлучения резонатором равен
    Exact
    [13,14]
    Suffix
    : ()  |()| |()| rg rg ZR ZR    |()| |()| 1 1 rrrg rrrg iLiCRR iLiCRR     , (2) где Zr() – импеданс резонатора, Rg – эффективное сопротивление СВЧ-тракта и генератора. Для пустого H101-резонатора эффективную емкость, индуктивность и сопротивление (Сr0, Lr0 и Rr0) можно рассчитать при известных lx, ly, lz и Qr0.
    (check this in PDF content)

  10. Start
    6989
    Prefix
    Для пустого H101-резонатора эффективную емкость, индуктивность и сопротивление (Сr0, Lr0 и Rr0) можно рассчитать при известных lx, ly, lz и Qr0. Величина Cr0 равна отношению квадрата заряда q2 на внутренней поверхности резонатора к удвоенной энергии поля 2Wel в объеме резонатора
    Exact
    [13]
    Suffix
    : y xz V S el r l ll W||v q C c c 204 0 2 0 0 2 0 128 d d 2              E Es , (3) где 0  8,85 пФ/м, Sc – площадь внутренней поверхности полости резонатора, ds  nds – элемент поверхности полости резонатора, n – вектор нормали к поверхности, Vc  lxlylz – объем полости резонатора, dv  dxdydz – элемент объема полости резонатора, E0  (E0(x), E0(y), E0(z)) – напряженнос
    (check this in PDF content)

  11. Start
    7878
    Prefix
    Конфигурация электрического поля в H101-резонаторе показана на рисунке 2. Рисунок 2 – Электрическая компонента E микроволнового поля и исследуемый образец в прямоугольном СВЧ-резонаторе типа H101 Собственная угловая частота для пустого H101-резонатора
    Exact
    [13]
    Suffix
    : r0  2fr0  22 00 11 lxzl    , (5) где 0  1,26 мкГн/м. Согласно работам [15, 16] относительное изменение собственной комплексной угловой частоты колебаний резонатора (rc  rc0)/rc при помещении в него образца есть: rc rcrc  0      c s V sV v v 2()d (1)()d 01 01 EE EE , (6) где Vs  Vc – объем образца;   1 – фактор заполнения образцом резонато
    (check this in PDF content)

  12. Start
    7947
    Prefix
    Рисунок 2 – Электрическая компонента E микроволнового поля и исследуемый образец в прямоугольном СВЧ-резонаторе типа H101 Собственная угловая частота для пустого H101-резонатора [13]: r0  2fr0  22 00 11 lxzl    , (5) где 0  1,26 мкГн/м. Согласно работам
    Exact
    [15, 16]
    Suffix
    относительное изменение собственной комплексной угловой частоты колебаний резонатора (rc  rc0)/rc при помещении в него образца есть: rc rcrc  0      c s V sV v v 2()d (1)()d 01 01 EE EE , (6) где Vs  Vc – объем образца;   1 – фактор заполнения образцом резонатора; E1 – напряженность электрической компоненты СВЧ-поля в полости резонатора с образцом; s – ко
    (check this in PDF content)

  13. Start
    8822
    Prefix
    Полагаем также, что образец изменяет емкость резонатора (Cr  Сr0), но не влияет на индуктивность резонатора: Lr  Lr0  1020)(rrC. (7) Далее считаем, что объем образца мал по сравнению с объемом полости резонатора:   Vs/Vc  1, (8) и образец расположен в центре резонатора (напряженность магнитной компоненты СВЧполя в центре H101-резонатора мала
    Exact
    [13]
    Suffix
    ). Тогда напряженность электрической компоненты СВЧ-поля в образце (см., например, [17]): () 0() 1() 1(1)ys y y n E E  , где n(y)        0 (2222))()(() d 2 1 sysxsysz sxsysz dddd ddd. (9) Для сферического образца (dsx  dsy  dsz  ds) n (y)  1/3, ослабление напряженности электрической компоненты поля E1(y)/E0(y)  3/(2  s).
    (check this in PDF content)

  14. Start
    8911
    Prefix
    но не влияет на индуктивность резонатора: Lr  Lr0  1020)(rrC. (7) Далее считаем, что объем образца мал по сравнению с объемом полости резонатора:   Vs/Vc  1, (8) и образец расположен в центре резонатора (напряженность магнитной компоненты СВЧполя в центре H101-резонатора мала [13]). Тогда напряженность электрической компоненты СВЧ-поля в образце (см., например,
    Exact
    [17]
    Suffix
    ): () 0() 1() 1(1)ys y y n E E  , где n(y)        0 (2222))()(() d 2 1 sysxsysz sxsysz dddd ddd. (9) Для сферического образца (dsx  dsy  dsz  ds) n (y)  1/3, ослабление напряженности электрической компоненты поля E1(y)/E0(y)  3/(2  s).
    (check this in PDF content)

  15. Start
    9589
    Prefix
    Тогда при учете вычисленных выше интегралов относительное изменение частоты резонатора по формуле (6) есть: rc rcrc  0  xyz s y s s lll V n 2 1(1) (1) ()       1(1)() 2(1) y s s n . (10) Согласно
    Exact
    [1, 2]
    Suffix
    величина s выражается через действительную относительную диэлектрическую проницаемость образца r и его удельную электрическую проводимость  в виде: s  r    i0 , (11) а величина rc – через r и Qr: rc           rr r Q i (2Q2) 1 12. (12) Незначительное изменение комплексной угловой частоты (rc  rc0) резонатора с большой добротностью Qr  1, (
    (check this in PDF content)

  16. Start
    12555
    Prefix
    Отсюда следует, что значительное изменение  происходит при тех условиях, при которых резко меняется Cr и значение функции F(r,/(0),n(y)) (см. формулу (17)), т.е. при некотором критическом значении удельной электрической проводимости образца    0  r0. Для алмаза (r  5,7) на частоте f  10 ГГц проводимость 0  0,032 Ом1·см1
    Exact
    [7]
    Suffix
    . При   0 образец проявляет себя как диэлектрик, а при   0 – как проводник. Определим коэффициент отражения мощности СВЧ-излучения резонатором с находящимся в нем образцом с конечной величиной удельной электропроводности.
    (check this in PDF content)