350 rub
Journal Antennas №3 for 2012 г.
Article in number:
Near field antenna diagnostics of Plasma and plasmic nanostructures by solution of inverse problem for waveguide probe
Keywords: waveguide probe inverse problem method of scattering homogenization microstructures nanostrucutres metamaterials
Authors:
M.V. Davidovich
Abstract:
The possibility of microwave diagnostics of volume gas-discharge plasma and plasmic nanostructures, containing thin metal (nanodi-mensional) or semi-conductor films on a substrate is analyzed on the basis of a method of the integral equations and the scattering inverse problem solution for waveguide probe structures. For such diagnostics the electrodynamic structures in the form of the rectangular waveguide (probe) connected to multimodal rectangular waveguide or resonator are considered. The model in the form of radiation from a rectangular wave guide with a flange in the multilayered environment is considered also. As the nanodimensional structures it is possible to use the quasi-periodically located metal films. The strict full-wave models offered in works of the author are used. The possibility of diagnostics of electrophysical properties of considered structures is defined as the essential scattering parameters dependence from the specified properties in microwave frequency range. The model of multicomponent plasma is used for modeling. Numerical results of modelling testify to possibility of similar diagnostics, including the measurement of thickness of metal and semi-conductor films. For accuracy increase the losses in a waveguide or in the resonator are considered. More exact definition of parametres demands to use higher frequencies, including terahertz range.
Pages: 25-32
References
  1. Преображенский Н.Г., Пикалов В.В. Неустойчивые задачи диагностики плазмы. Новосибирск: Сибирское отделение АН СССР. 1982.
  2. Миллер М.А.Неоднозначности обратных задач в макроэлектродинамике. Сферические и торроидальные источники электромагнитных полей // Изв. вузов. Сер. Радиофизика. 1986. Т. 29. № 9. С. 991-1007.
  3. Тихонов А.Н.. Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука. 1974.
  4. Davidovich M.V., Stephuk J.V. Homogenization of periodic metamaterials // Mathematical Methods in Electromagnetic Theory. Proceedings of 12-th International Conference (MMET-2008). Odessa, Ukraine. 2008. P. 527-529.
  5. Davidovich M.V., Meschanov V.P., Popova N.F. Waveguide probe structure on microwave // Proceedings of 9-th Int. Crimean Microwave Conference CriMiKo-99. 1999. Sevastopol, Crimea, Ukraine. P. 362-263.
  6. Давидович М.В. Зондовые волноводные и коаксиальные измерительные структуры // Труды третьего рабочего семинара IEEE «Машинное проектирование в прикладной электродинамике и электронике». Saratov-Penza Chapter. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т. 1999. C. 15-22.
  7. Давидович М.В.Коаксиальные и волноводные зондовые структуры для контроля параметров многослойных магнитодиэлектриков // Материалы Всерос. конф. «Излучение и распространение электромагнитных волн» (ИРЭВ-2001). Таганрог: ТРТУ. 2001. С. 231-233.
  8. Давидович М.В., Мещанов В.П., Попова Н.Ф., Борисов В.С. Коаксиальные и волноводные зондовые структуры: решение обратных задач для многослойных сред  // VII Междунар. научно-техн. конф. «Радиолокация, навигация и связь». Воронеж. 2001. Т.3. С. 598-608.
  9. Давидович М.В. Численное моделирование задач дифракции на полубесконечных структурах // Сб. научно-технич. 6-го рабочего семинара «Компьютерное моделирование и проектирование в прикладной электродинамике и электронике» (IEEE Saratov-Penza Chapter). Саратов: ГУНЦ «Колледж». 2002. С. 42-47.
  10. Давидович М.В. Алексеев О.Ю., Борисов В.С., Попова Н.Ф.Волноводные зондовые структуры: прямая задача // Сб. научно-техн. 6-го рабочего семинара «Компьютерное моделирование и проектирование в прикладной электродинамике и электронике» (IEEE Saratov-Penza Chapter). Саратов: Изд-во ГосУНЦ «Колледж». 2002. С. 54-66.
  11. Давидович М.В. Электродинамика зондовых структур: прямые и обратные задачи // Материалы 12-й зимней школы-семинара по СВЧ-электронике и радиофизике. Саратов: Изд-во ГУНЦ «Колледж». 2003. С. 72-73.
  12. Давидович М. В., Алексеев О.Ю., Борисов В.С. Излучение из волновода с фланцем в многослойную среду: прямая задача // Труды междунар. научно-техн. конф. «Излучение и рассеяние электромагнитных волн» (ИРЭМВ-2003). Таганрог: ТРТУ. 2003. С. 84-87.
  13. DavidovichM.V., AlexeevO.Yu.,  BorisovV.S. Directandinverseproblemsolutionsforcoaxialandwaveguideprobes // Proc. of15-th Int. Conf. on Microwaves, Radar and Wireless Communications (MIKON-04). Poland, Warsaw. 2004. P. 186-189.
  14. Давидович М.В., Алексеев О.Ю. Волноводные зондовые структуры для тестирования многослойных сред: прямая задача // Радиотехника и электроника. 2004. Т.49. № 6.
    С. 665-670.
  15. Давидович М.В. Обратные задачи рассеяния для коаксиальных и волноводных зондовых структур // Труды междунар. научно-техн. конф. «Излучение и рассеяние электромагнитных волн» (ИРЭМВ-2005). Таганрог: ТРТУ. 2005. С. 204-205.
  16. Davidovich M.V.Inverse problem solutions for coaxial and waveguide multilayered probe structures // Digest of 9th Workshop on Optimization and Inverse Problems in Electromagnetics. Sorrento (Italy). 2006. P. 233-234.
  17. Davidovich M.V.Inverse problem solution for multilayered waveguide and coaxial structures // Mathematical Methods in Electromagnetic Theory. Proceedings of the 2006 International Conference (MMET-2006). 2006. P. 135-137.
  18. Алексеев О.Ю., Борисов В.С., Давидович М.В., Попова Н.Ф. Волноводные зондовые структуры для многослойного магнитодиэлектрика: обратная задача // Радиотехника и электроника. 2006. Т. 51. № 11. С. 1316-1323.
  19. Nikolson A.M., Ross G.N.Measurement of intrinsic properties of materials by time-domain techniques // IEEE Trans. 1970. V. IM-19. № 4. P. 377-382.
  20. Левин Л. Современная теория волноводов. М.: ИЛ. 1954.
  21. Guy F.W. Electromagnetic fields and relative heating pattern due to a rectangular aperture source in direct contact with bilayered biological tissue // IEEE Trans. 1968. V. MTT-19. № 2. P.214-223.
  22. Yaghjian A. Approximate formulas for the far field and gain of open-ended rectangular waveguide // IEEE Trans. 1984.
    V. AP-32. №. 4. P. 378-384.
  23. Teodoridis V., Sphicopoulos T., Gardiol F.E. The reflection from an open-ended rectangular waveguide terminated by a layered dielectric medium // IEEE Trans. 1985. V. MTT-33. № 5. P.359-366.
  24. Nikita K.S., Uzunoglu N.K. Analysis of the power coupling from a waveguide hyperthermia applicator into a three-layered tissue model // IEEE Trans. 1989. V. MTT-37. № 7. P. 1794-1800.
  25. Wu D.I., Kanda M. Comparison of theoretical and experimental data for the near field of an open-ended rectangular waveguide // IEEE Trans. 1989. V. EC-31. № 4. P. 353-358.
  26. Bakhtiari S., Ganchev S.I., Zoughi R. Open-ended rectangular waveguide for nondestructive thickness measurement and variation detection of lossy dielectric slabs backed by a conducting plate // IEEE Trans. 1993. V. IM-42. № 1. P. 19-24.
  27. Mongiardo M., Rozzi T. Singular Integral equation analysis of flange-mounted rectangular waveguide radiators // IEEE Trans. 1993. V. AP-41. № 5. P. 556-565.
  28. Ganchev S., Qaddoumi N., Zoughi R. Detection optimization of disbond in layered composites with varying thicknesses using an open-ended rectangular waveguide // Precision Electromagnetic Measurements Conference Digest. 1994. P. 69-70.
  29. Huber C., Abiri H., Ganchev S.I., Zoughi R. Modeling of surface hairline-crack detection in metals under coatings using an open-ended rectangular waveguide // IEEE Trans. 1997. V. MTT-45. №11. P. 2049-2057.
  30. Bois K.J., Benally A.D., Zoughi R. Multimode solution for the reflection properties of an open-ended rectangular waveguide radiating into a dielectric half-space: the forward and inverse problems // IEEE Trans. 1999. V. IM-48. №6. P. 1131-1140.
  31. Малец Е.Б., Фесенко В.И., Шульга С.Н. Отражение собственной волны от конца прямоугольного волновода с фланцем, открытого в плоскослоистую среду // Радиотехника и электроника. 2000. Т. 45, № 5. С. 523-530.
  32. Selvan K.T., Poddar D.R., Kini K.R. Off-axis gain and field in the finite range of an open-ended rectangular waveguide // IEEE Trans. 2001. V. EC-43. № 4. P. 685-688.
  33. Selvan K.T., Venkatesan V. A note on the aperture-reflection coefficient of open-ended rectangular waveguide // IEEE Trans. 2003. V. EC-45. № 4. P. 663.
  34. Katrich V.A., Dumin A.N., Dumina O.A. Radiation of transient fields from the open end of rectangular waveguide // 4th International Conference on Antenna Theory and Techniques. 2003. V. 2. P. 583-586.
  35. Selvan K.T. Approximate formula for the phase of the aperture-reflection coefficient of open-ended rectangular waveguide // IEEE Trans. 2004. V. AP-52. № 1. P. 318-321.
  36. Selvan K.T. Approximate formula for the phase of the aperture-reflection coefficient of open-ended rectangular waveguide // IEEE Trans. 2004. V. AP-52. № 1. P. 318-321.
  37. Mazlumi F., Sadeghi S.H.H., Moini R. Using open-ended rectangular waveguide probe for detection and sizing of fatigue cracks in metals // Electronics Letters. 2005. V. 41. № 6. P. 334-335.
  38. Mazlumi F., Sadeghi S.H.H., Moini R. Interaction of an open-ended rectangular waveguide probe with an arbitrary-shape surface crack in a lossy conductor // IEEE Trans. 2006.
    V. MTT-54. № 10. P. 3706-3711.
  39. Qaddoumi N.N., Saleh W.M., Abou-Khousa M. Innovative near-field microwave nondestructive testing of corroded metallic structures utilizing open-ended rectangular waveguide probes // IEEE Trans. 2007. V. IM. P. 1961-1966.
  40. Давидович М.В. Коаксиальный зонд для контроля параметров многослойного магнитодиэлектрика: прямая и обратная задачи // Радиотехника и электроника. 2006. Т.51.  № 11. C. 1308-1315.
  41. Иванов В.К., Силин А.О., Стадник А.М. Измерение комплексной диэлектрической проницаемости веществ методом открытого конца коаксиальной линии // Успехи современной электроники. 2007. № 7. С. 66-77.
  42. Давидович М.В., Яфаров Р.К. Моделирование резонаторов для вакуумно-плазменной обработки тонкопленочных покрытий плоскослоистых подложек //Материалы Междунар. научно-техн. конф. «Актуальные проблемы электронного приборостроения». Саратов: СГТУ. 2006. С. 196-201.
  43. Давидович М.В., Лопатин А.А. Установка СВЧ- нагрева // Патент на полезную модель № 37448. Приоритет от 29.01.2004, опубл. 20.04.2004. БИ. № 11.
  44. Davidovich M.V. Full-wave analysis of coaxial mounting structure // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1999. V. MTT-47. №3. P. 265-270.