.

Определение оптимальных размеров датчика СВЧ поверхностных волн на основе меандровой линии замедления (реферат)

Язык: русский
Формат: курсова
Тип документа: Word Doc
0 299
Скачать документ

Определение оптимальных размеров датчика СВЧ поверхностных волн (П.В.)
на основе меандровой линии замедления (Л.З.)

Датчик ПВ сигнала на основе меандровой ЛЗ (плоская линейная спираль)

характеризуется следующими размерами (рис. 1):

рис. 1. Меандровая линия замедления

h – ширина,

L – длина,

2D – период,

D – ячейка ( шаг ) системы ,

– ширина и толщина проводника,

– расстояние от центра системы до экранов.

Составляющие полей получены в [1] при использовании следующих
приближений

1) вдоль проводников распространяется ТЕМ волна;

2) проводимость проводников и экранов бесконечна;

<< h , т.е. краевыми полями пренебрегаем;

4) система неограниченна в направлении z и проводники имеют

квадратное сечение.

получаем выражения для составляющих магнитных полей в виде (в системе
единиц СИ).

:

.

:

, (2)

:

.

. (4)

,

– волновые числа n-й

-постоянная.. Компоненты электрического поля имеют аналогичный вид,
если в квадратных скобках sin kx и cos kx заменить на cos kx и sin
kx соответственно.

, которые при удаленных экранах равны. Амплитуду магнитного поля
находим из выражения для потока энергии переносимого вдоль системы

( выраженного через групповую скорость и энергию запасенную в ячейке):

, где (5)

,

,

, (6)

,

.

.

– мощность СВЧ, подаваемая к ЛЗ.

описывает периодическую часть поля вдоль координаты Z .

Сигнал датчика ПВ пропорционален среднеквадратичному значению
напряженности магнитного поля в образце, который можно выразить через
коэффициент преобразования мощности в поле (6)

):

, где (7)

, t- толщина образца.

, D – в мм.

– в мм) и была вычислена при следующих предположениях

1) экраны удалены;

.

) равен ~5 э2/вт для образца толщиной 0,1мм и примерно 9 э2/вт на
поверхности системы.

Для определения оптимальных геометрических размеров датчика найдем его
чувствительность в зависимости от параметров спирали и толщины образца.
Полагая детектирование линейным и что спираль и детектор идеально
согласованны с СВЧ трактом образец находится с одной стороны спирали и
равен ее длине и ширине и мощность СВЧ , поглощаемая в момент резонанса
, мала в сравнении с подводимой .приходим к выражению :

, (8)

Рис.3. Зависимость чувствительности датчика от параметров меандровой ЛЗ
(kh/2) и отношения толщины образца t к шагу спирали D.

-меандровая ЛЗ. График выражения (8), для симметричной меандровой ЗС,
представлен на рис.3, из которого находим оптимальную ширину датчика.
Максимальную толщину образца и,следовательно, шаг спирали можно оценить
из расстояния s ,на котором поле ослабляется в “е” от поверхности
системы (7)

.

раз отличается от истинного значения поскольку, в данном случае, не
учитывается двуволновый характер системы (система “меандр” является
двухступенчатой структурой [2]). Более точное значение t можно найти ,
построив по рис.3 зависимость чувствительности датчика от объема образца
(при заданном D и kh/2).

не дает удовлетворительного численного совпадения с экспериментальными
данными).

КОНСТРУКЦИЯ ДАТЧИКА ПВ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ.

) наносят параллельные канавки с шагом D и глубиной равной диаметру
провода. Затем на заготовке вырезают пластинки (5) шириной h и поверх
канавок накладывается медная пластинка. В образовавшееся отверстие
продевается зигзагообразный медный провод, пластинка прогревается (до
размягчения оргстекла) и удаляется.

см) равны 3,6 дб/см (h = 4,5 мм, D = 0,4 мм)

и 6,2 дб/см (h = 6 мм, D = 0,4 мм).

мм , что позволяет использовать их при контроле структуроскопии и
дефектоскопии .

Измеренная зависимость сигнала датчика ЭПР (рис.5) от объема образца и
высоты его расположения над поверхностью спирали (образец толщиной 0,07
мм) показывает, что для датчика с h = 4,5 мм и h = 6 мм и шагом D = 0,6
мм предельный объем образца равен 7 мм3 и 17 мм3 соответственно (при
одностороннем расположении образца), а амплитуда сигнала датчика ПВ
уменьшается в “е” раз на высоте ~0,1 мм и ~0,17 мм для меандровых линий
с h = 4,5 мм и h = 6 мм соответственно. Большая скорость спадания поля с
высотой для меандровой ЛЗ с меньшей шириной, по-видимому, является
следствием двухступенчатой структуры “меандра”. Это подтверждается тем,
что экспериментальные зависимости достаточно хорошо совпадают с
вычисленными по данным рис.3, который был построен с учетом двуволного
характера системы. Масштаб экспериментальных кривых и расчетных точек на
рис.4 выбран так, чтобы найденные и рассчитанные значения для ЛЗ с h=
4,5 мм совпадали при Vo=21 мм3 для ЛЗ с h = б мм при t/D = 0,5.

) для образцов объемом 3,3 мм3 и 4,3 мм3. Расчетное значение получается
в ~ 2,5 раза завышенным, что по-видимому, связанно с тем, что при
расчете не учитывались краевые поля и, кроме того, у изготовленных
спиралей проводники не были строго параллельны.

На датчике с меандров ой ЛЗ были проведены предварительные измерения на
дефектоскопе диапазона (площадь образца при двухстороннем расположении
составляла ~ 90 мм2 при толщине 0,05 мм) и показана возможность его
использования в диапазоне волн меньше 1 см. Это открывает перспективы
использования этого датчика для структуроскопических работ в 8 мм
диапазоне, т.к. система является полностью открытой.

, когда последние перпендикулярно плоскости XY “меандра”. Это связанно
с наличием круговой поляризации магнитного СВЧ поля в этой плоскости,
причем , как показывает расчет (уравнения (1) и (4)) и эксперимент ,
направление вращения магнитного вектора противоположно по разные стороны
от поверхности “меандра”, что в свою очередь позволяет выделить чистый
сигнал от образца и подавлять сигнал от подложки .

Из полученных данных следует, что меандровые ЛЗ могут служить датчиками
сигнала ПВ для плоских образцов толщиной ~ 0,1 – 0,2 мм в 3 см диапазоне
волн, объемов ~ 30 мм3 и площади ~ 300 мм2 ( в отсутствии диэлектрика ).
Для сравнения укажем, что в случае объемного резонатора Vo ~ 500 мм3 и
So ~ 300 мм2. При этом, однако, следует отметить важные преимущества
датчиков плоской конструкции:

плоские ЛЗ являются полностью открытыми;

в противоположность объемным резонаторам , когда образец помещается
внутрь датчика , в случае плоских ЛЗ можно помещать датчик на образец;

использовать датчики в качестве объемного зонда;

упростить термостатирование образца в широком диапазоне температур (от
высоких до сверхнизких) при одновременном облучении образца;

исследовать не только ровные плоские поверхности, но и поверхности с
гладкой кривизной;

использовать интегральные СВЧ схемы, что особенно перспективно при
низкотемпературных измерениях и при создании малогабаритных
структуроскопов на основе интегральных схем.

Существенным недостатком датчиков на основе ЛЗ, по сравнению с объемными
резонаторам, является наличие электрического поля в объеме образца.
Однако, их использование, наряду с объемными резонаторами, позволяет
значительно расширить экспериментальные возможности
структуроскопии.

Литература

Г.Л. Соболев, А.А. Хоркина, Вопросы электроники сверхвысоких частот,

1969, 6, 152. Изд. Саратовского ун-та.

Р.А. Силин, В.П. Сазонов, Замедляющие системы, Изд. “Сов. радио”, 1960.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020