Дослідження резонаторних структур з мікрозондовими сенсорними елементами

Автор(и)

  • Igor Bondarenko Харківський національний університет радіоелектроніки пр. Науки, 14, м. Харків, Україна, 61166, Україна https://orcid.org/0000-0003-3907-6785
  • Alexander Borodin Харківський національний університет радіоелектроніки пр. Науки, 14, м. Харків, Україна, 61166, Україна https://orcid.org/0000-0001-7449-6887
  • Yuriy Vasilyev Харківський національний університет радіоелектроніки пр. Науки, 14, м. Харків, Україна, 61166, Україна https://orcid.org/0000-0002-9385-7411
  • Vladimir Karnaushenko Харківський національний університет радіоелектроніки пр. Науки, 14, м. Харків, Україна, 61166, Україна https://orcid.org/0000-0001-7744-2569

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.150510

Ключові слова:

мікрохвильова діагностика, резонаторний вимірювальний перетворювач, мікрозондова структура, скануюча мікрохвильова мікроскопія

Анотація

За допомогою методів математичного моделювання та експериментально проведено дослідження різних типів мікрохвильових резонаторних вимірювальних перетворювачів з мікрозондовими сенсорними елементами коаксіального типу. Необхідність проведення таких досліджень пов′язана з їх широким застосуванням для локального неруйнівного контролю і діагностики електрофізичних характеристик мікро- та нанорозмірних об′єктів і структур.

При аналізі резонаторних вимірювальних перетворювачів з мікрозондовими елементами за основний критерій обрано досягнення максимальної добротності, яка визначає чутливість вимірювань. Досліджено структури вимірювальних перетворювачів на основі коаксіального резонатора, геометричні розміри якого плавно змінюються, резонаторів на основі відрізків регулярних хвилеводів, циліндричного резонатора. Також проведено дослідження мікрохвильових вимірювальних перетворювачів на основі гібридних нерегулярних об′ємних і планарних структур. Розглянуто характер розподілу електромагнітного поля в структурах перетворювачів, амплітудно-частотні характеристики та їх зміни при взаємодії із зовнішніми об′єктами. В результаті проведених досліджень виявлено можливості підвищення добротності для різних типів мікрохвильових резонаторних вимірювальних перетворювачів з мікрозондовими елементами до величин порядку 104. Запропоновано, розроблено і досліджено практичні конструкції вимірювальних перетворювачів, які можуть бути використані як у скануючої мікрохвильової мікроскопії, так і в інших вимірювальних системах і комплексах. Розроблено і досліджено вимірювальний перетворювач на основі коаксіальної структури, який має резонанси в широкому діапазоні робочих частот. Розроблено і досліджено технологічно прості конструкції високодобротних резонаторних перетворювачів прохідного типу сантиметрового та міліметрового діапазонів довжин хвиль на основі відрізків регулярних хвилеводів. Експериментально доведено можливість створення високодобротного вимірювального перетворювача на основі гібридних нерегулярних структур, що збуджуються на вищих типах коливань. Виявлено сильний вплив характеристик елементів зв′язку на параметри резонаторних вимірювальних перетворювачів, який треба враховувати при їх практичному застосуванні. Результати досліджень, які були проведені, дозволяють розширити практику та галузі застосування методів локальної неруйнівної мікрохвильової діагностики малорозмірних об′єктів та структур

Біографії авторів

Igor Bondarenko, Харківський національний університет радіоелектроніки пр. Науки, 14, м. Харків, Україна, 61166

Доктор фізико-математичних наук, професор, завідувач кафедри

Кафедра мікроелектроніки, електронних приладів та пристроїв

Alexander Borodin, Харківський національний університет радіоелектроніки пр. Науки, 14, м. Харків, Україна, 61166

Доцент

Кафедра мікроелектроніки, електронних приладів та пристроїв

Yuriy Vasilyev, Харківський національний університет радіоелектроніки пр. Науки, 14, м. Харків, Україна, 61166

Асистент

Кафедра мікроелектроніки, електронних приладів та пристроїв

Vladimir Karnaushenko, Харківський національний університет радіоелектроніки пр. Науки, 14, м. Харків, Україна, 61166

Доцент

Кафедра мікроелектроніки, електронних приладів та пристроїв

Посилання

  1. Chen, L. F., Ong, C. K., Neo, C. P., Varadan, V. V., Varadan, V. K. (2004). Microwave Electronics: Measurement and Materials Characterization. John Willy & Sons, Ltd, 537. doi: https://doi.org/10.1002/0470020466
  2. Fedyunin, P. A. (2004). Mikrovolnovaya termovlagometriya. Moscow: «Izdatel'stvo Mashinostroenie-1», 208.
  3. Lisovskiy, V. V. (2005). Teoriya i praktika vysokochastotnogo kontrolya vlazhnosti sel'skohozyaystvennyh materialov. Minsk: UOBGATU, 292.
  4. Haase, N., Jacob, A. F. (2013). Dielectric contrast measurements on biological substances with resonant microwave near-field sensors. International Journal of Microwave and Wireless Technologies, 5 (03), 221–230. doi: https://doi.org/10.1017/s1759078713000469
  5. Lofland, S. E., Mazzatenta, J. D., Croman, J., Tyagi, S. D. (2007). Multimode near-field microwave monitoring of free water content of skin and imaging of tissue. Physics in Medicine and Biology, 52 (5), 1295–1301. doi: https://doi.org/10.1088/0031-9155/52/5/006
  6. Anlage, S. M., Talanov, V. V., Schwartz, A. R. (2007). Principles of Near-Field Microwave Microscopy. Scanning Probe Microscopy, 215–253. doi: https://doi.org/10.1007/978-0-387-28668-6_8
  7. Imtiaz, A., Baldwin, T., Nembach, H. T., Wallis, T. M., Kabos, P. (2007). Near-field microwave microscope measurements to characterize bulk material properties. Applied Physics Letters, 90 (24), 243105. doi: https://doi.org/10.1063/1.2748307
  8. Tselev, A., Anlage, S. M., Ma, Z., Melngailis, J. (2007). Broadband dielectric microwave microscopy on micron length scales. Review of Scientific Instruments, 78 (4), 044701. doi: https://doi.org/10.1063/1.2719613
  9. Farina, M., Di Donato, A., Mencarelli, D., Venanzoni, G., Morini, A. (2012). High Resolution Scanning Microwave Microscopy for Applications in Liquid Environment. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 22 (11), 595–597. doi: https://doi.org/10.1109/lmwc.2012.2225607
  10. Haddadi, K., Glay, D., Lasri, T. (2011). A 60 Ghz Scanning Near-Field Microscope With High Spatial Resolution Sub-Surface Imaging. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 21 (11), 625–627. doi: https://doi.org/10.1109/lmwc.2011.2167744
  11. Bondarenko, I. N., Gordienko, Yu. E., Larkin, S. Yu. (2009). Systems of information signals shaping in cavity microwave microscopy. Proc. of 19th International Crimean Conference Microwave & Telecommunication Technology (CriMiCo'2009), 563–564.
  12. Gordienko, Yu. A., Larkin, S. Yu., Lepikh, Ya. I., Lenkov, S. V., Procenko, V. O., Vakiv, M. M. (2011). The theoretical aspects of modelling and designing of resonator probes for scanning microwave microscopy. Sensor Electronics and Microsystem Technologies, 2, 97–107.
  13. Chisum, J. D., Popovic, Z. (2012). Performance Limitations and Measurement Analysis of a Near-Field Microwave Microscope for Nondestructive and Subsurface Detection. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 60 (8), 2605–2615. doi: https://doi.org/10.1109/tmtt.2012.2201739
  14. Gordienko, Yu. E., Larkin, S. Yu., Ishchenko, A. L. (2010). Harakteristiki koaksial'nogo konusnogo SVCh datchika dlya mikrodiagnostiki ob'ektov. Radiotekhnika, 162, 35–40.
  15. Kim, M., Kim, J., Kim, H., Kim, S., Yang, J., Yoo, H. et. al. (2004). Nondestructive high spatial resolution imaging with a 60 GHz near-field scanning millimeter-wave microscope. Review of Scientific Instruments, 75 (3), 684–688. doi: https://doi.org/10.1063/1.1646735
  16. Bondarenko, I. N., Vasiliev, Yu. S., Prokaza, A. M., Troitski, S. I. (2012). Resonant measuring trasducers on the basis of typical cavity resonators. Proc. of 22nd International Crimean Conference Microwave & Telecommunication Technology (CriMiCo'2012), 568–569.
  17. Bondarenko, I. N., Galich, A. V., Troitski, S. I. (2013). High-Q modes in irregular hybrid structures. Telecommunications and Radio Engineering, 72 (19), 1747–1753. doi: https://doi.org/10.1615/telecomradeng.v72.i19.30
  18. Bondarenko, I. N., Galich, A. V., Slipchenko, N. I., Troitski, S. I. (2012). Cone-shaped resonator the high-order mode oscillation transducers. 2012 22nd International Crimean Conference "Microwave & Telecommunication Technology", 565–567.
  19. Bondarenko, I., Galich, A. (2016). Resonant irregular hybrid structures. 2016 13th International Conference on Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science (TCSET). doi: https://doi.org/10.1109/tcset.2016.7452007
  20. Bondarenko, I. N., Galich, A. V. (2015). Measuring resonant transducers on the basis of microstrip structures. Telecommunications and Radio Engineering, 74 (9), 807–814. doi: https://doi.org/10.1615/telecomradeng.v74.i9.60

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-12-12

Як цитувати

Bondarenko, I., Borodin, A., Vasilyev, Y., & Karnaushenko, V. (2018). Дослідження резонаторних структур з мікрозондовими сенсорними елементами. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(5 (96), 6–13. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.150510

Номер

Том 6 № 5 (96) (2018): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Igor Bondarenko, Alexander Borodin, Yuriy Vasilyev, Vladimir Karnaushenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.