Измерение параметров диэлектриков с использованием СВЧ-коаксиальной брэгговской структуры
- 1 Засл. деятель науки РФ, д.ф.-м.н., профессор, зав. кафедрой физики твердого тела, Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского С.А. Никитов – чл.-корр. РАН, директор ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН (Москва)
- 2 д.ф.-м.н., профессор, кафедра физики твердого тела, Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского
- 3 к.ф.-м.н., доцент, кафедра физики твердого тела, Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского
- 4,5 аспирант, кафедра физики твердого тела, Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского
Аннотация
Постановка проблемы. СВЧ-периодические структуры, называемые СВЧ-брэгговскими структурами, привлекают интерес исследователей в связи с перспективой создания устройств с уникальными характеристиками в СВЧ-диапазоне. В качестве современных электродинамических систем, обеспечивающих реализацию СВЧ-методов контроля электрофизических параметров материалов и структур, могут быть использованы одномерные коаксиальные фотонные кристаллы (КФК) в виде периодически изменяющейся диэлектрической проницаемости диэлектрического наполнения.
Цель. Разработать методику измерения параметров материалов и структур, применяемых при конструировании СВЧ-устройств коаксиального типа, с использованием СВЧ-коаксиальной брэгговской структуры.
Результаты. Для реализации методики измерения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь материалов и структур использована измерительная секция в виде разборного отрезка коаксиальной линии передачи, внутри которого формируется КФК. Нечетные слои КФК представляли собой отрезки с диэлектрическим заполнением из тефлона, четные – отрезки с воздушным заполнением. Измеряемый образец играл роль нарушения периодичности брэгговской структуры, это приводило к возникновению дефектной моды в запрещенной зоне на его амплитудно-частотной характеристике (АЧХ). Для расчета коэффициентов прохождения и отражения использован метод матриц передачи, в котором брэгговская структура представлена в виде последовательно чередующихся участков с различными значениями волновых сопротивлений и постоянных распространения электромагнитной волны.
Практическая значимость. На основе решения обратной задачи методом наименьших квадратов при использовании измеренных частотных зависимостей коэффициента пропускания и отражения на частоте дефектной моды в запрещенной зоне КФК были определены значения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь образцов, изготовленных из фторопласта, капролона, эбонита и текстолита. Предложенная методика может быть использована для измерения диэлектрической проницаемости и тангенса угла диэлектрических потерь различных диэлектриков.
Для цитирования
Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Пономарев Д.В., Рузанов О.М., Тимофеев И.О. Измерение параметров диэлектриков с использованием СВЧ-коаксиальной брэгговской структуры // Радиотехника. 2019. № 7. С. 6–12. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-201907(10)-02
Список источников
- Усанов Д.А., Никитов С.А., Скрипаль А.В., Пономарев Д.В. Одномерные СВЧ фотонные кристаллы. Новые области применения. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2018.
- Беляев Б.А., Ходенков С.А., Шабанов В.Ф. Исследование частотно-селективных устройств, построенных на основе микрополоскового двумерного фотонного кристалла // Доклады Академии наук. 2016. Т. 467. № 4. С. 400−404.
- Gomez A., Vegas A., Solano M.A., Lakhtakia A. On One- and Two-Dimensional Electromagnetic Band Gap Structures in Rectangular Waveguides at Microwave Frequencies // Electromagnetics. 2005. V. 25. № 5. P. 437−460.
- Мухортов В.М., Масычев С.И., Маматов А.А., Мухортов Вас.М. Электрически перестраиваемый фотонный кристалл на основе копланарного волновода с наноразмерной сегнетоэлектрической пленкой // Письма в ЖТФ. 2013. Т. 39. № 20. С. 70−76.
- Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Абрамов А.В., Боголюбов А.С., Куликов М.Ю., Пономарев Д.В. Микрополосковые фотонные кристаллы и их использование для измерения параметров жидкостей // Журнал технической физики. 2010. Т. 80. № 8. С. 143−148.
- Никитин Ал.А., Никитин Ан.А., Устинов А.Б., Lahderanta E., Калиникос Б.А. Сверхвысокочастотный фотонный кристалл на щелевой линии передачи с сегнетоэлектрической пленкой // Журнал технической физики. 2016. Т. 86. № 6. С. 115−120.
- Усанов Д.А., Никитов С.А., Скрипаль А.В., Рязанов Д.С. Брэгговские сверхвысокочастотные структуры на волноводнощелевых линиях // Радиотехника и электроника. 2016. Т. 61. № 4. С. 321−326.
- Усанов Д.А., Никитов С.А., Скрипаль А.В., Мерданов М.К., Евтеев С.Г. Волноводные фотонные кристаллы на резонансных диафрагмах с управляемыми n-i-p-i-n-диодами характеристиками // Радиотехника и электроника. 2018. Т. 63. № 1. С. 65−71.
- Усанов Д.А., Никитов С.А., Скрипаль А.В., Мерданов М.К., Евтеев С.Г., Пономарев Д.В. Волноводные фильтры заграждения на основе свехвысокочастотных фотонных кристаллов с характеристиками, управляемыми n-i-p-i-n-диодами // Радиотехника и электроника. 2019. Т. 64. № 4. С. 375−386.
- Никитов С.А., Гуляев Ю.В., Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Пономарев Д.В. Определение проводимости и толщины полупроводниковых пластин и нанометровых слоев с использованием одномерных СВЧ фотонных кристаллов // Доклады Академии Наук. Январь 2013. Т. 448. № 1. С. 35−37.
- Усанов Д.А., Никитов С.А., Скрипаль А.В., Пономарев Д.В., Латышева Е.В. Многопараметровые измерения эпитаксиальных полупроводниковых структур с использованием одномерных сверхвысокочастотных фотонных кристаллов // Радиотехника и электроника. 2016. Т. 61. № 1. С. 45−53.
- Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ: Учебник для радиотехнических специальностей вузов. М.: Высшая школа. 1988.
- Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р., Смирнов В.П. Справочник по элементам волноводной техники. Изд. 2-е, перераб. и доп. М: Сов. радио. 1967.