Радиофизические методы диагностики материалов и сред (стр. 29 )

Рис. . Схема микроволнового микроскопа с ИП на основе отрезка коаксиальной линии

Микроволновой сигнал от источника входит в линейный резонатор с коаксиальной линией передачи, ограниченной с одной стороны развязывающей ёмкостью, а с другой – открытым коаксиальным зондом. За счёт многократного отражения в коаксиальном резонаторе (с добротностью ~102–103) удаётся значительно уменьшить шум и повысить точность измерений, но при этом возникает необходимость перестройки параметров резонатора при измерении на разных частотах.

Рис. . Схема микроволнового микроскопа с ИП на основе коаксиального резонатора

Для того чтобы контролировать расстояние между образцом и зондом, устанавливается зависимость отражённого сигнала от расстояния до образца. Привязка системы к образцу преимущественно ёмкостная. Если образец металлический, то он представляет собой одну обкладку конденсатора, а другая формируется центральным проводником коаксиального зонда. При уменьшении расстояния между зондом и образцом ёмкость возрастает, что приводит к падению резонансной частоты коаксиального резонатора. В одном предельном случае, когда зонд находится далеко от образца, линия передачи с открытым концом имеет конечный импеданс. В этом случае данная система представляет собой полуволновой резонатор с резонансной частотой . В другом предельном случае, когда образец находится в контакте с зондом, цепь замыкается. Такая схема имеет название «контакт Корбино». В данном случае система является четвертьволновым резонатором и резонансная частота уменьшается на

,

где L – длина коаксиального резонатора;

– относительная диэлектрическая постоянная коаксиального кабеля. Для типичных расстояний между зондом и образцом смещение частоты достигает значений между 0 и .

Пространственное разрешение микроскопа не зависит от частоты измерения, и система может работать в широком интервале частот. Это означает, что карту поверхностного распределения свойств материала можно получать точно на той частоте, на которой будет использоваться материал. Например, рассмотрим микроскоп с длиной коаксиального резонатора L = 2 м. В этом случае частота основной (фундаментальной) моды составляет приблизительно 50 МГц, и можно получить овертоны, кратные 50 МГц, доступные для получения изображения. Верхний предел частоты микроскопа задаётся в соответствии с рабочей шириной полосы электроники. На практике микроволновый источник имеет верхний предел частоты 50 ГГц. Однако микроволновая направленная катушка (соединительная муфта), детектор и коаксиальный кабель тоже могут ограничивать ширину частотной полосы микроскопа. Тем не менее, можно сконструировать микроскоп, который имеет почти непрерывное изображение по трём десяткам частот от 50 МГц до 50 ГГц.

Для анализа сверхпроводящих керамических образцов необходимы количественные непосредственные и неразрушающие методы исследования характеристик тонких плёнок. При этом метод должен обеспечивать высокое пространственное разрешение и быть высокоскоростным. Желательно также, чтобы установка для анализа имела простую конструкцию, состояла из коммерчески доступных компонентов и обеспечивала непосредственную интерпретацию изображения. Всем вышеперечисленным требованиям отвечает МСМС.

Неразрушающий способ получения изображений микроволнового поверхностного сопротивления был продемонстрирован с использованием разных систем резонансных зондов. Наилучшие результаты по изображению диссипации в образце получены при измерениях добротности Q. Для определения взаимосвязи между Q микроскопа и поверхностным сопротивлением образца была использована алюминиевая плёнка переменной толщины на стеклянной подложке. Сечение тонкой плёнки клиновидное, поэтому можно сопоставить изменение поверхностного сопротивления с параметрами сканирования. Используя зонд с центральным проводником диаметром 500 мкм и выбирая резонанс микроскопа и частоту 7,5 ГГц, авторы работы получили данные о смещении частоты и Q, что позволило построить топографию распределения поверхностного сопротивления тонкой пленки на сапфировой подложке [16].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1]. Ермолов И. Н. Методы и средства неразрушающего контроля качества: учебное пособие / И. Н. Ермолов, Ю. Я. Останин. – М. : Высш. шк., 1988. – 368 с.

[2]. Бадалян В. Г. Ультразвуковая дефектометрия металлов с применением голографических методов / В. Г. Бадалян, Е. Г. Базулин, А. Х. Вопилкин и др.; под ред. А. Х. Вопилкина. – М., 2008. – 298 с.

[3]. Брюховецкий Ю. А. Практическое руководство по ультразвуковой диагностике. Общая ультразвуковая диагностика. – 2-е издание / Ю. А. Брюховецкий, С. Г. Бурков, Н. В. Заболотская и др.; под ред. . – М. : Видар-М, 2011. – 712 с.

[4]. Горелик С. С. Рентгенографический электронно-оптический анализ: учебное пособие для вузов / С. С. Горелик, Ю. А. Скаков, Л. Н. Расторгуев. – М. : МИСИС, 1994. – 328 с.

[5]. Гурвич А. К. Неразрушающий контроль: практическое пособие: в 5 кн. / под ред. В. В. Сухорукова. – М. : Высш. шк., 1991-1992. – 1427 с.

[6]. Каневский И. Н. Неразрушающие методы контроля / И. Н. Каневский, Е. Н. Сальникова. – Владивосток : Изд-во ДВГТУ, 2007. – 243 с.

[7]. Федоров Г. Є. Контроль якості продукції в машинобудуванні: навч. посіб. / Г. Є. Федоров, М. М. Ямшинський, А. М. Фусенко та інш. – К. : Політехніка, 2008. – 332 с.

[8]. Неразрушающий контроль: справочник: в 8 т. / под общ. ред. В. В. Клюева. – М. : Машиностроение, 2005-2006. – 5977 с.

[9]. Куценко В. П. Методы и средства сверхвысокочастотной радиометрии / В. П. Куценко, Ю. А. Скрипник, Н. Ф. Трегубов и др. – Севастополь : Вебер, 2012. – 324 с.

[10]. Усиков А. Я. Электроника и радиофизика миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн / А. Я. Усиков, Э. А. Канер, И. Д. Трутень и др.; под ред. А. Я. Усикова. – К. : Наукова думка, 1988. – 368 с.

[11]. Breese M. B. Materials analysis using a nuclear microprobe / M. B. Breese, D. N. Jamieson, P. J. King at al. – New York, 1996. – 428 p.

[12]. Черепин  микрозондовый анализ. – К.: Наук. думка, 1992. – 344 с.

[13]. Прилади і методи дослідження плівкових матеріалів: навч. посіб. / І. Ю. Проценко, А. М. Чорноус, С. І. Проценко; за заг. ред. професора І. Ю. Проценка – Суми : Видавництво СумДУ, 2007. – 264 с.

[14]. Reed S. J. Electron Microprobe Analysis and Scanning Electron Microscopy in Geology. – Cambridge : University Press, 2005. – 215 p.

[15]. Pennycook S. J. Scanning Transmission Electron Microscopy: Imaging and Analysis / S. J. Pennycook, P. D. Nellist. – Springer, 2011. – 774 p.

[16]. Применение микро - и нанозондов для анализа малоразмерных 3D-материалов, наносистем и нанообъектов / А. Д. Погребняк, А. Г. Пономарев, А. П. Шпак и др. // Успехи физических наук. – 2012. – Т. 182, № 3. – C. 287-321.

[17]. Теорія електромагнітного поля та основи техніки НВЧ: навч. посіб. / С. В. Соколов, Л. Д. Писаренко, В. О. Журба; за заг. ред. Г. С. Воробйова. – Суми : Сумський державний університет, 2011. – 394 с.

[18]. Карпов Ю. О. Теоретичні основи електротехніки. Електромагнітне поле: навчальний посібник / Ю. О. Карпов, Ю. Г. Ведміцький, В. В. Кухарчук. – Вінниця : УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2008. – 406 с.

[19]. Vorobjov G. Electromagnetic Waves / G. Vorobjov, Y. Shulga, V. Zhurbenko, Edited by Vitaliy Zhurbenko. – Janeza Trdine 9, 51000 Rijeka, Croatia, 2011. – 587 p.

[20]. Техническая электродинамика: учебное пособие / П. Н. Чернышев, В. П. Самсонов, Н. П. Чернышев. – Харьков : НТУ «ХПИ», 2006. – 272 с.

[21].  А. Электронные приборы сверхвысоких частот: учебное пособие. – Харьков : ХНУ им. В. Н. Каразина, 2006. – 328 с.

[22]. Бизнюк В. В. Квантовые источники излучения / В. В. Бизнюк, С. М. Гвоздев. – М. : ВИГМА, 2006. – 400 с.

[23]. Светцов В. И. Вакуумная и плазменная электроника: учебное пособие. – Иваново : Иван. гос. хим. - технолог. ун-т., 2003. – 172 с.

[24].  И. Вакуумная и плазменная электроника: учебное пособие / А. И. Аксенов, Злобина А. Ф. – Томск : Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, 2007. – 168 с.

[25]. Фізичні основи електронної техніки: за ред. З. Ю. Готри. – Л. : Бескид Біт, 2004. – 879 с.

[26].  А. Электроника: учебное пособие. – Петербург : БХВ, 2005. – 800 с.

[27]. Watt F. Principles and application of high-energy microbeams / F. Watt, G. Grime. – Bristol UK : Adam Hilger Ltd., – 1987. – 399 p.

[28]. Сліпченко М. І. Фізичні основи ближньопольової НВЧ-діагностики матеріалів і середовищ: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня д-ра фіз.-мат. наук 01.04.01 / М. І. Сліпченко. – Суми : СумДУ, 2008. – 36 с.

Наукове видання

Воробйов Геннадій Савелійович,

Пономарьова Ганна Олександрівна,

Рибалко Олександр Олександрович,

Рубан Анатолій Іванович

Радіофізичні методи діагностики

матеріалів і середовищ

Монографія

(Російською мовою)

За загальною редакцією Г. С. Воробйова

Художне оформлення обкладинки ,

Редактор

Комп’ютерне верстання ї,

Формат 60х84/8. Ум. друк. арк. 20,00. Обл.-вид. арк. 11,78. Тираж 300 пр. Зам. №

Видавець і виготовлювач

Сумський державний університет,

в, м. Суми, 40007

Свідоцтво суб’єкта видавничої справи ДК .