РЕФЕРАТ 3
Введение 5
1 Существующие модели ближнепольных микроволновых микроскопов и их
особенности 7
1.1 Сканирующий микроскоп EMP 2000 8
1.2 Установка для радиометрических измерений теплового излучения 10
1.3 Метод резонансного ближнепольного СВЧ-зондирования биологических
тканей 12
Выводы 15
2 Влияние фазовых соотношений на интерференционное взаимодействие двух
излучателей 16
Выводы 23
3 Электродинамическое моделирование 24
3.1 Структура поля одного зонда 24
3.2 Структура полей в промежутке между апертурами двух соосно
размещенных зондов 27
3.3 Моделирование определения неоднородностей 29
3.4 Сравнительный анализ результатов моделирования с одним и двумя
зондами 34
3.4 Структура поля вблизи апертур при ортогональном размещении зондов.... 40
Выводы 44
4 Экспериментальное исследование 45
4.1 Методика и техника эксперимента 45
4.2 Интерпретация и анализ экспериментальных результатов 47
Выводы 50
Заключение 51
Список литературы 53
В настоящее время исследователями активно анализируются возможности ближнепольного микроволнового зондирования диэлектрических неоднородностей в средах, характеризуемых как слабо выраженным, так и сильным поглощением [1-3]. При решении соответствующей обратной задачи рассеяния используются данные измерений поля на многих частотах в пределах двумерной области над неоднородностью. Указанные измерения выполняются с помощью жестко связанной системы источник-приемник, причем фиксируется поле, рассеянное диэлектрическими объектами на глубине порядка размеров ближнего поля для наибольшей длины волны частотного диапазона зондирующего сигнала. Как подчеркивается в ряде работ такой подход представляется единственно возможным способом преодоления фундаментального релеевского ограничения разрешающей способности, когда переход к более коротковолновому диапазону невозможен из-за наличия сильного поглощения в среде, вмещающей диэлектрические неоднородности. При этом глубинную чувствительность обеспечивают, используя такие параметры, как частота сигнала, размер апертуры приемной антенны, высота уровня сканирования.
Ближнепольное микроволновое зондирование стало стремительно развиваться после того, как экспериментально была подтверждена возможность преодоления фундаментальных пределов, теоретически предсказанных Аббе и Релеем [2, 4, 5]. И если на первых порах эта возможность получения так называемого сверхразрешения была реализована в исследованиях широкого круга практических задач, связанных с диагностикой поверхностей объектов и сред (2D диагностика), то в настоящее время, как уже было сказано выше, наблюдается смещение центра тяжести исследований в область 3D диагностики. Однако разрабатываемые подходы основываются исключительно на методах ближнепольной диагностики в эванесцентных полях одиночных зондов (излучателей) [2, 6, 7]. Основная цель данной работы - теоретическое обоснование и экспериментальная проверка метода ближнепольной микроволновой диагностики материалов, объектов и сред с использованием интерференционного взаимодействия, возникающего в ближней зоне систем излучателей.
Достаточно продолжительное время интенсивно проводятся исследования в области ближнепольной микроскопии. Ключевые направления исследований связаны:
1. С разработкой технологий изготовления зондов с субволновыми размерами апертуры.
2. Созданием средств прецизионного позиционирования зонда на очень малых расстояниях от исследуемого объекта.
3. Обеспечением прецизионного относительного перемещения зонда и объекта.
4. Разработкой эффективных способов извлечения следов ближнепольного взаимодействия зонда и объекта в дальней зоне с последующей обработкой получаемой информации.
В данной работе исследуется возможность создания метода микроволнового ближнепольного зондирования, с использованием особенностей формирования полей ближней зоны, а именно интерференционных потоков энергии.
В ходе работы, проведя обзор литературы, ознакомившись с существующими моделями ближнепольных микроскопов и способами их использования, был выявлен общий недостаток предшествующих подходов существенно влияющий на получаемые результаты. Он заключается в то, что во всех существующих моделях ближнепольных микроскопов используется только один зонд и предполагается его механическое перемещение над исследуемой поверхностью.
Выдвинуто и подтверждено предположение о влиянии фазовых соотношений на интерференционное взаимодействие двух излучателей. Аналитические расчеты показали, что меняя разность начальных фаз токов можно варьировать в широких пределах соотношение величин компонент полного вектора Пойнтинга в некоторой окрестности точки наблюдения в ближней зоне. Тем самым с принципиальной точки зрения обеспечивается возможность изменения режима зондирования этой окрестности электрическим путем, не прибегая к какому либо перемещению элементов излучающей системы. Проведено численное моделирование в программе CST Microwave Studio, которое подтвердило вышеупомянутое предположение.
Для подтверждения правильности и достоверности численныхрасчетов полученных в результате аналитического рассмотрения и данных математического моделирования, был проведен ряд экспериментов. По результатам проведенных экспериментов можно сделать выводы о преимуществах использования ближнепольной диагностики перекрывающимися эванесцентными полями систем излучателей. Прежде всего, можно отметить весьма значительное отличие чувствительности микроволнового интерференционного микроскопа от чувствительности прибора, использующего традиционное конструктивное исполнение. Этот эффект проявился в экспериментах, касающихся обнаружения дефектов изделий из дерева. Так же следует отметить, существования возможности фокусировки области перекрывания эванесценых полей в исследуемых объектах.
