Тема: Элементы искусственных сред в открытом СВЧ резонаторе

Актуальность. В современном мире растет интерес к искусственным материалам и средам. Природные материалы не обладают нужными параметрами, а потому не отвечают требованиям, предъявляемым к средам. Этим обусловлена актуальность создания и исследования новых материалов, в том числе композитных. Композит определяется как результат объемного сочетания разнородных компонентов [1] один из которых пластичен и выполняет роль связующего, а второй - представляет собой включения в матрицу, наполнение. Основная идея создания материалов - получение нового материала, обладающего новыми свойствами, которыми не обладали его компоненты. В качестве компонента-наполнителя можно выделить такую структуру, как микропровод.
Исследования микропровода в качестве компонента радиопоглощающих материалов ведутся достаточно давно [2, 11-17]. Но, в недавнем времени были открыты новые сплавы, которые можно использовать в качестве жилы микропровода. Эти сплавы обладают различными свойствами на СВЧ, а, следовательно, и микропровод с жилой из такого сплава будет представлять большой интерес.
Микропровод производится методом литья по технологии Улитовского- Тейлора [3]. Это материал, представляющий собой тонкий (30 мкм и меньше) провод. Микропровод состоит из двух слоев - металлической жилы и стеклянной оболочки. Технология производства такова, что получение микропровода со стабильными параметрами в пределах одной бобины невозможно [6]. В композите микропровод может быть использован как в виде отрезков, так и в виде протяженных участков. Параметры полученного композита зависят от параметров включений, входящих в его (композита) состав, поэтому задача исследования свойств микропровода актуальна.
Цель работы. Исследование в сантиметровом диапазоне длин волн характеристик отрезков литого остеклованного микропровода
Задачи работы. Для достижения указанной цели в работе ставятся следующие задачи:
1. Провести обзор существующих методов исследования микропровода, а также материалов, созданных на его (микропроводе0 основе).
2. Провести исследование отрезков микропровода с материалами жил, обладающими различными типами проводимости, в открытом резонаторе в диапазоне частот 8-16 ГГц и сравнить результаты. Провести измерение спектральных характеристик открытого резонатора при равномерном протягивании микропровода. Провести локализацию несогласованного дефекта литья на протяженном участке микропровода посредствам устройства бесконтактного контроля параметров, открытого резонатора, а также микроскопа. Исследовать влияние наличия несогласованного дефекта литья на полуволновый резонанс вибратора из микропровода в открытом резонаторе в диапазоне частот 8-12 ГГц.
3. Исследовать возможность наблюдения изменения спектральных характеристик открытого резонатора, при изменении параметров микропровода на основе связанных со скин-эффектом, возникающим при взаимодействии микропровода с электромагнитным полем ОР в диапазонах частот 8-12 ГГц и 63¬68 ГГц. Разработать перестраиваемый двухчастотный резонатор. Провести селекцию мод. Исследовать микропровода с различными типами проводимости материала жилы в двухчастотном резонаторе.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования является микропровод, его отрезки и протяженные участки, с различными материалами жилы, в том числе, обладающими магнитными свойствами. В качестве предмета исследования выступают результаты взаимодействия микропровода с электромагнитным пучком поля резонансного колебания в открытом резонаторе в диапазоне частот от 8 до 16 ГГц, а также от 63 до 68 ГГц.
Методы исследования. В работе использован метод малых возмущений, основанный на методе возбуждения открытого резонатора заданным током.
Научные положения, выносимые на защиту:
1) Для однородного вдоль оси отрезка немагнитного микропровода в диапазона частот 8 - 15 ГГц длина полуволнового резонанса уменьшается до 0.42¬0.45Х за счет покрывающей проводящую жилу структуры, образованной стеклянной изоляцией и переходным наноструктурным слоем, при этом проводимость самой жилы в пределах от 7-105 См/м до 5-107 См/м на нее не влияет, а наличие комплексной магнитной проницаемость жилы, обусловленной естественным ферромагнитным резонансом увеличивает длину полуволнового резонанса до 0.57-0.6Х, к аналогичному значению резонансной длины могут приводить также дефекты несогласованного литья.
2) Измерения результатов взаимодействия микропровода с электромагнитными пучками резонансных колебаний открытого резонатора с большим разносом резонансных частот (10 ГГц и 70 ГГц) позволяют разделить влияние значений диаметра и электрофизических характеристик проводящей жилы (удельной проводимости и комплексной магнитной проницаемости) на сдвиг резонансной частоты и уширение резонансной кривой низкочастотной моды открытого резонатора.
Научная новизна.
1. Исследованы результаты взаимодействия протяженных участков, а также отрезков литого остеклованного микропровода с различными материалами жилы в диапазоне частот от 8 до 16 ГГц.
2. Проведено исследование влияния скин-слоя на зависимости результатов взаимодействия протяженного микропровода с полем открытого резонатора.
3. Проведена локализация дефектов несогласованного литья посредством динамического исследования протяженного участка микропровода в поле устройства квазиоптической резонаторной диагностики остеклованного литого микропровода, исследования протяженных участков микропровода в открытом резонаторе, а также визуально (под микроскопом).
Практическая значимость результатов работы.
Полученные результаты можно применить при создании новых композиционных материалов с использованием отрезков литого остеклованного микропровода, а также при создании приборов бесконтактного неразрушающего контроля параметров литого остеклованного микропровода.
Апробация работы. Основные результаты выполненной работы были представлены на: V и VI Международных научно-практических конференциях «Актуальные проблемы радиофизики» (Томск, 2013, 2015.); на 24-й и 25-й международных конференциях «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (Севастополь, 2014, 2015 г.г.).
Публикации:
1. Дорофеев И.О. Сверхтонкий проволочный вибратор в открытом СВЧ- резонаторе / И.О. Дорофеев, В.Ю. Шпильной // Изв. Вузов: Физика. 2013. Т.56. №.8/2. - С.306 - 308.
2. Дорофеев И.О. Метод пробного тела в задачах исследования малых объектов в открытом СВЧ-резонаторе / И.О. Дорофеев, Г.Е. Дунаевский, Т.Е. Смирнова, В.Ю. Шпильной // Изв. Вузов: Физика. 2014 Т.57, №.9/2. - С. 42 - 48.
3. Дорофеев И.О. Взаимодействие дефектов несогласованного литья остеклованного микропровода с полем открытого СВЧ-резонатора / И.О. Дорофеев, Г.Е. Дунаевский, В.Ю. Шпильной // Изв. Вузов: Физика. 2015. Т.58, №.8/3. - С. 110 - 113.
4. Дорофеев И.О. Двухпараметровый резонаторный контроль литого остеклованного микропровода / И.О. Дорофеев, Г.Е. Дунаевский, В.Ю. Шпильной // Севастополь, КрыМиКо: материалы конф. 2015. Т.2, №.8/1. - С. 946 - 947.
5. Дорофеев И.О. Взаимодействие сверхвысокочастотного, терагерцового и оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами, метаматериалами и биообъектами / И.О. Дорофеев, Г.Е. Дунаевский, В.Ю. Шпильной // Саратов: Под. Ред. Д.А. Усанова. 2015. С. 153 - 155.
6. Дорофеев И.О., Дунаевский Г.Е., Шпильной В.Ю. Патент на п.м. 148988 (РФ) Устройство двухпараметрового квазиоптического контроля сверхтонких проводников Опубл. в Б.И., 2014. №35.

Купить

В результате проведенных исследований литого остеклованного методом открытого резонатора, объемного резонатора, а также в устройстве квазиоптической резонаторной диагностики остеклованного литого микропровода и в устройстве двухпараметрового квазиоптического контроля сверхтонких проводников были получены следующие результаты:
1. Проведен обзор существующих микропроводов, а также композитов на их основе, что подтверждает актуальность работы. Согласно известным методам исследования, был выбран метод открытого резонатора.
2. Показан эффект укорочения полуволнового вибратора (до О.4-0.45Х) из остеклованного микропровода с медной жилой, а также с жилой из сплава сопротивления, за счет за счет покрывающего его диэлектрика и конечного значения отношения длины вибратора к его диаметру в диапазоне исследования от 8 до 16 ГГц в ОР.
3. Показан эффект удлинения полуволнового вибратора (до 0.55-0.6Х) из остеклованного микропровода с жилой с ЕФМР за счет комплексной магнитной проницаемости в диапазоне исследования от 8 до 16 ГГц в ОР.
4. Показан эффект изменения длины полуволнового вибратора из остеклованного микропровода за счет наличия дефектов несогласованного литья. Исследования показали, что эффект может наблюдаться не только в небольших значениях (удлинения до 0.55-0.7Х), но и в достаточном, чтобы полуволновый резонанс не наблюдался в диапазоне исследования (8-16 ГГц в ОР).
5. Показан эффект влияния дефектов несогласованного литья на результаты взаимодействия равномерно протягиваемого микропровода с электромагнитным полем устройства квазиоптической резонаторной диагностики остеклованного литого микропровода.
6. Проведена локализация участков микропровода с несогласованными дефектами литья с помощью устройства квазиоптической резонаторной диагностики остеклованного литого микропровода, в открытом резонаторе, а также под микроскопом.
7. Разработан метод исследования изменения параметров микропровода на основе эффекта скин-слоя при взаимодействии микропровода с электромагнитным полем ОР в диапазонах частот 8-12 ГГц и 63-68 ГГц.
8. Разработан перестраиваемый двухчастотный резонатор. Проведена фиксация зеркал и селекция мод (8.93 ГГц, 67.37 ГГц).
9. Проведены исследования микропровода с различными типами проводимости жилы в двухчастотном резонаторе на частотах 8.93 ГГц и 67.37 ГГц. Результаты показали состоятельность метода исследования изменения параметров микропровода, основанного на эффекте скин-слоя.

Купить