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
    1174
    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
    1429
    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
    1582
    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
    1878
    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
    2917
    Prefix
    Схема установки В предлагаемой установке проводимость исследуемого образца определяется при «про64 Приборы и методы измерений, No 1 (6), 2013 лете» 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
    3403
    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
    4486
    Prefix
    Частота дискретизации АЦП, входящего в состав контроллера составляет 6,4 кГц и позволяет получать до 200 точек отсчета для измерений за время пролета образца через резонатор. 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
    5829
    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) Рисунок 1 – Схема установки с рабочим резонатором: Коэффициент отражения мощности СВЧ1 – стабилизирующий резонатор; 2 – гене
    (check this in PDF content)

  9. Start
    6415
    Prefix
    так: Lr  rrC 2 1  , Rr  rrrQC 1 . (1) Рисунок 1 – Схема установки с рабочим резонатором: Коэффициент отражения мощности СВЧ1 – стабилизирующий резонатор; 2 – генератор СВЧизлучения; 3 – вентиль-фланец; 4 – аттенюатор; 5 – циркулятор; 6 – рабочий резонатор; 7 – детекторный диод; 8 – специализированный контроллер; 9 – персональный компьютер излучения резонатором равен
    Exact
    [13,14]
    Suffix
    : 1 iLiCRR iLiCRR     , (2) ()  |()| |()| rg rg ZR ZR    |()| |()| 1 rrrg rrrg Приборы и методы измерений, No 1 (6), 2013 65 где Z() – импеданс резонатора, R – эффективное сопротивление СВЧ-тракта и генератора.
    (check this in PDF content)

  10. Start
    6942
    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 Согласно работам [15, 16] относительное изменение собственной комплексной угловой частоты колебаний резонатора (rc  rc0)/rc при помещении в него образца есть: rc rcrc  0      v 2()d (1)()d 01 01 EE EE , (6) s sV v c V 2         где Vs  Vc – объем образца;   1 – фактор заполнения образцом резонатора; E1 – напряженность электрической компоне
    (check this in PDF content)

  11. Start
    6972
    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 [13]: y xz 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      v 2()d (1)()d 01 01 EE EE , (6) s sV v c V 2         где Vs  Vc – объем образца;   1 – фактор заполнения образцом резонатора; E1 – напряженность электрической компоненты СВЧ-поля в полости резонатора с
    (check this in PDF content)

  12. Start
    7831
    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() 0 d    Es , (3) 2 S ll q C c c 204 0 0 128 d r l 0   E 2 el W||v V 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  dxdyd
    (check this in PDF content)

  13. Start
    7907
    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() 0 d    Es , (3) 2 S ll q C c c 204 0 0 128 d r l 0   E 2 el W||v V 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)) – напряженность электрич
    (check this in PDF content)

  14. Start
    9120
    Prefix
    волнового поля и исследуемый образец в прямоугольном СВЧ-резонаторе типа H101 Собственная угловая частота для пустого Для сферического образца (dsx  dsy  dsz  ds) n (y)  1/3, ослабление напряженности электрической компоненты поля E1(y)/E0(y)  3/(2  s). Подстановка (4) и (9) в подынтегральные выражения формулы (6), дает: cVvd)(10EE  4d 2 2 0() Axyz H101-резонатора
    Exact
    [13]
    Suffix
    : r0  2fr0  22 00 11 lxzl    , (5) Vy Elll Ev c , где 0  1,26 мкГн/м. 66 Приборы и методы измерений, No 1 (6), 2013 2 E 0  rr 2,2,2 0() 1(1)ys yxlylzl n xyz    sVvd)(10EE  )(  r 2() 0 ()()2() (1)() 2(12())   yyy r yy r y r y r nnn nnnn ≡  Vs)( 2 1(1)ys A n E  . 2 0 ()()2() ≡ F(r, /0, n(y)), (16) где для упрощен
    (check this in PDF content)

  15. Start
    10215
    Prefix
    Для расчета () необходимы значения параметров lx, ly, lz, Qr0, , n(y), r и ; фактор n(y)  1/3 для сферического образца. На рисунке 3 приведены результаты расчетов коэффициента  в зависимости от удельной электрической проводимости образца . Согласно
    Exact
    [1, 2]
    Suffix
    величина s выражается через действительную относительную диэлектрическую проницаемость образца r и его удельную электрическую проводимость  в виде: s  r    , (11) i0 а величина rc – через r и Qr: rc           rr r Q i (2Q2) 1 12. (12) 0,5 1 5 4 3 2  Незначительное изменение комплексной угловой частоты (rc  rc0) резонатора с большой добротност
    (check this in PDF content)

  16. Start
    13041
    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)