Определение материальных параметров и толщины промышленных магнитодиэлектрических и ферритовых образцов с металлической подложкой
Предложена модель Т-образного сочленения волноводов для измерения материальных параметров и толщины однослойной гиротропной среды с металлической подложкой волновым способом через амплитуду и фазу коэффициента отражения Hp0 -волноводной волны от образца. Запропонована модель Т-образного розгалуж...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физическая инженерия поверхности |
|---|---|
| Datum: | 2010 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
2010
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98908 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Определение материальных параметров и толщины промышленных магнитодиэлектрических и ферритовых образцов с металлической подложкой / В.Н. Мизерник, А.А. Шматько // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 4. — С. 293–306. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859553934092271616 |
|---|---|
| author | Мизерник, В.Н. Шматько, А.А. |
| author_facet | Мизерник, В.Н. Шматько, А.А. |
| citation_txt | Определение материальных параметров и толщины промышленных магнитодиэлектрических и ферритовых образцов с металлической подложкой / В.Н. Мизерник, А.А. Шматько // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 4. — С. 293–306. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физическая инженерия поверхности |
| description | Предложена модель Т-образного сочленения волноводов для измерения материальных параметров и толщины однослойной гиротропной среды с металлической подложкой волновым
способом через амплитуду и фазу коэффициента отражения Hp0
-волноводной волны от образца.
Запропонована модель Т-образного розгалуження хвилеводів для вимірювання матеріальних
параметрів і товщини одношарового гіротропного середовища з металевою підкладкою хвильовим способом через амплітуду й фазу коефіцієнта відбиття Hp0
-хвилеводної хвилі від зразка.
Is offered model T-junction for measuring the material parameters and thickness of a single-layered
gyrotropic medium with a metal substructure wave method through amplitude and a phase of a
reflection coefficient Hp0 of the waveguide wave from a pattern.
|
| first_indexed | 2025-11-26T09:43:25Z |
| format | Article |
| fulltext |
293
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ТОЛЩИНЫ
ПРОМЫШЛЕННЫХ МАГНИТОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ФЕРРИТОВЫХ
ОБРАЗЦОВ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОДЛОЖКОЙ
В.Н. Мизерник1, А.А. Шматько2
1Научный физико-технологический центр МОН и НАН Украины (Харьков)
Украина
2Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина
Украина
Поступила в редакцию 28.10.2010
Предложена модель Т-образного сочленения волноводов для измерения материальных пара-
метров и толщины однослойной гиротропной среды с металлической подложкой волновым
способом через амплитуду и фазу коэффициента отражения Hp0-волноводной волны от образца.
Для этой цели получено строгое решение задачи рассеяния Hp0-волны на Т-разветвлении
волноводов с гиротропной средой в одном из волноводов. В общем случае решение задачи
сводится к системе линейных алгебраических уравнений (СЛАУ) 2-го рода относительно амп-
литуд волноводных волн в области связи Т-волноводного разветвления, через которые и нахо-
дится модуль и фаза коэффициента отражения исходной волны. Рассмотрены предельные слу-
чаи одноволнового и двухволнового распространения волн в связанной области волноводного
Т-разветвления, для которых найдены из СЛАУ аналитические выражения для комплексного
коэффициента отражения при произвольных соотношениях материальных параметров иссле-
дуемого слоя, размеров волноводов и длины волны. Проведено сравнение приближенных и
строгих решений для этих случаев. Приведены зависимости амплитуды и фазы коэффициента
отражения волноводной волны от различных материальных параметров образца и его толщины
для диэлектрической, магнитодиэлектрической и ферритовой сред.
Ключевые слова: гиротропная среда, метаматериалы, тонкопленочные материалы, диэлект-
рик, феррит, неразрушающий контроль, волноводный тройник, рассеяние волноводной волны,
измерение материальных параметров, строгое решение.
Запропонована модель Т-образного розгалуження хвилеводів для вимірювання матеріальних
параметрів і товщини одношарового гіротропного середовища з металевою підкладкою хвильо-
вим способом через амплітуду й фазу коефіцієнта відбиття Hp0-хвилеводної хвилі від зразка.
Для цієї мети отримано строге рішення задачі розсіяння такої хвилі на Т-розгалуженні хви-
леводів з гіротропним середовищем в одному із хвилеводів. У загальному випадку рішення
задачі зводиться до системи лінійних алгебраїчних рівнянь (СЛАР) 2-го роду щодо амплітуд
хвилеводних хвиль в області зв’язку Т-розгалуження, через які й знаходяться модуль і фаза
коефіцієнта відбиття початкової хвилі. Розглянуто граничні випадки однохвильового й дво-
хвильового поширення хвиль у області зв’язку хвилеводного Т-розгалуження, для яких знайдені
зі СЛАУ аналітичні вирази комплексного коефіцієнта відбиття для довільних співвідношень
матеріальних параметрів досліджуваного шару, розмірів хвилеводів і довжини хвилі. Проведено
порівняння наближених і строгих рішень для цих випадків. Наведено залежності амплітуди й
фази коефіцієнта відбиття хвилеводної хвилі від різних значень матеріальних параметрів зразка
і його товщини для діелектричного, магнітодіелектричного і феритового середовища.
Ключові слова: гіротропне середовище, метаматеріали, тонкоплівкові матеріали, діелектрик,
феррит, неруйнівний контроль, хвилеводний трійник, розсіювання хвилеводної хвилі, ви-
мірювання матеріальних параметрів, строге рішення.
Is offered model T-junction for measuring the material parameters and thickness of a single-layered
gyrotropic medium with a metal substructure wave method through amplitude and a phase of a
reflection coefficient Hp0 of the waveguide wave from a pattern. For this purpose the rigorous solution
of a scattering problem of wave on the T-junction of waveguides with a gyrotropic medium in one of
waveguides is obtained. Generally the a problem solution is reduced to linear algebraic equations
system (LAES) second kind concerning amplitudes of the waveguide waves in the field of connection
of the T-junction through which there is a module and a phase of a reflection coefficient of an initial
wave. Limiting cases of an one-wave and two-wave advance of waves in the coupled field of the
waveguide T-junction for which are discovered from LAES analytical forms for a complex reflectivity
В.Н. Мизерник, А.А. Шматько, 2010
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 4, vol. 8, No. 4294
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время с развитием нанотехно-
логий и метаматериалов существенное зна-
чение приобретают методы неразрушающего
контроля материальных параметров использ-
уемых образцов. При промышленном произ-
водстве магнитодиэлектрических и феррито-
вых материалов с металлизированными по-
верхностями представляется важным опреде-
ление параметров наполняющей среды и тол-
щины слоя методами неразрушающего кон-
троля с целью их использования в различных
функциональных узлах СВЧ приборов, опто-
и полупроводниковой электроники в микро-
волновой и миллиметровой области длин
волн. Способность электромагнитных волн
проникать внутрь измеряемого образца и пра-
вильно передавать информацию о значениях
его материальных параметров при известной
толщине или, наоборот, при известном зна-
чении материальной константы о значении
толщины образца посредством величины ко-
эффициента отражения волны даже при на-
личии металлических поверхностей, указы-
вает на подходящий инструмент для выпол-
нения таких измерений. Современные микро-
волновые методы измерения значений мате-
риальных параметров изотропной или ани-
зотропной среды образцов или толщины об-
разца предполагают известной зависимость
коэффициента отражения (модуля и фазы) от
длины волны, параметров среды и толщины
слоя. Одной из наиболее простых моделей из-
мерительного инструмента для определения
диэлектрических свойств материалов в мик-
роволновом и миллиметровом диапазоне мо-
жет служить традиционный прямоугольный
волновод с фланцами. При наличии плоского
образца с металлизированной проводящей
поверхностью на одной из его сторон такая
модель представляет собой Т-образное сочле-
нение двух ортогональных волноводов, один
из которых полностью заполнен ферритовым,
магнитодиэлектрическим или полупроводни-
ковым материалом, лежащим на металличес-
кой подложке, а другой – полый волновод, по
которому распространяется волноводная вол-
на. В таком сочленении волноводов электро-
магнитное поле в основном сконцентриро-
вано в общей области связи двух пересекаю-
щихся ортогональных плоскопараллельных
волноводов. Следует различать толстые и
тонкие образцы относительно длины волны
с учетом значений материальных параметров
исследуемой среды. В одном из них измере-
нию подлежит энергетический коэффициент
отражения волны, а в другом – фаза отражен-
ной волны. С математической точки зрения
существует ряд численных и аналитических
методов анализа рассеянных полей на конце
открытого волновода и применения их для
расчета и анализа диэлектрических свойств
материалов, а также для оценки взаимодейст-
вия электромагнитного поля с поверхностью
тканей биологических объектов. Одним из
наиболее целесообразных в математическом
отношении строгих методов при решении
задачи рассеяния волноводной волны на кон-
це открытой области с заданным образцом
представляется метод решения электродина-
мической задачи с выделением области связи
волноводов, поле в которой представляется
в виде суперпозиции решений уравнений
Максвелла для ортогональных волноводов с
неизвестными полевыми коэффициентами,
подлежащими определению. Такой метод по-
зволяет не только разработать эффективные
численные алгоритмы решения, но и постро-
ить надежные приближенные аналитические
решения задачи для инженерных расчетов с
наперед контролируемой точностью расче-
тов.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Перейдем к постановке и решению электро-
динамической задачи. Структура Т-образного
сочленения волноводов с исследуемым образ-
at the arbitrary parities of the material parameters of an investigated stratum, dimensions of waveguides
and a wave length are considered. Comparison of the approximate and rigorous solutions for these
cases is lead. Dependences of amplitude and a phase of a reflection coefficient of the waveguide
wave on various material parameters of a pattern and its thickness for the dielectric, magnetodielectric
and ferrite media are reduced.
Keywords: gyrotropic medium, metamaterials, thin-films materials, dielectric, ferrite,
nondestructive testing, T-junction, scattering of the waveguide wave, material parameters
measurement, regions solution.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ТОЛЩИНЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАГНИТОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ...
ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 4, vol. 8, No. 4306
Полученные простые аналитические выра-
жения для инженерных расчетов коэффи-
циента отражения от диэлектрического и маг-
нитодиэлектрического слоев пригодны для
оперативного определения материальных
параметров как толстых, так и тонкопленоч-
ных промышленных образцов, метаматериа-
лов. Эти методы применимы также и для раз-
личных жидкостей.
Сочетание разработанного теоретического
подхода с экспериментальными методами на-
хождения амплитуды и фазы коэффициента
отражения позволяет разрабатывать на этой
основе современные автоматические измери-
тельные комплексы для определения матери-
альных параметров различных гиромагнит-
ных и магнитодиэлектрических сред.
Данный подход относительно просто мож-
но перенести на измерения параметров гиро-
электрических сред и полупроводниковых
материалов, так как для этого случая проце-
дура решения электродинамической задачи
сохраняется такой же.
ЛИТЕРАТУРA
1. Микаэлян А.А. Теория и применение ферри-
тов на СВЧ. М.: Госэнергоиздат, 1963. – 663 с.
2. Миттра Р., Ли С. Аналитические методы тео-
рии волноводов. – М.: Мир, 1974. – 323 c.
3. Мизерник В.Н., Пятак Н.И. Феррито-диэлект-
рические волноводно-резонаторные систе-
мы//Тр. 13 Международной Крымск. Конф.
“СВЧ-техника и телекоммуникационные
технологии” (КрыМиКо’2003). – Севасто-
поль, Украина. – 2003. – С.483-484.
4. Мізерник В.М., П’ятак М.І. Вимушені елект-
ромагнітні коливання прямокутного хвилево-
ду з ферито-діелектричним шаром//Вісн.
Харківcк. Національн. Університету імені
В.Н. Каразіна. – 2002, № 544 – с. 92-96.
5. Pyatak N.I., Mizernik V.N. Resonance dissipation
electromagnetic waves in plane-parallel wavegu-
de with a transversely magnetized ferrite layer//
Conf. Proceedings 1998 Inter. Conf. on Mathe-
matical Method in Electromagnetic Theory. –
Kharkov. – 1998. – Vol. 2. – P. 706-709.
6. Демченко М., Мирошниченко В., Ермак Г.,
Сенкевич Е. Высокостабильный векторный
вольтметр мм диапазона радиоволн//Радио-
физика и электроника. – 2000. – 5, № 2. –
С. 81-84.
7. Raether H. Surface Plasmons. – Shpringer, 1986.
– 140 p.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАТЕРИАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ И ТОЛЩИНЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАГНИТОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ...
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-98908 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1999-8074 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-26T09:43:25Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Мизерник, В.Н. Шматько, А.А. 2016-04-19T13:56:13Z 2016-04-19T13:56:13Z 2010 Определение материальных параметров и толщины промышленных магнитодиэлектрических и ферритовых образцов с металлической подложкой / В.Н. Мизерник, А.А. Шматько // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 4. — С. 293–306. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98908 Предложена модель Т-образного сочленения волноводов для измерения материальных параметров и толщины однослойной гиротропной среды с металлической подложкой волновым способом через амплитуду и фазу коэффициента отражения Hp0 -волноводной волны от образца. Запропонована модель Т-образного розгалуження хвилеводів для вимірювання матеріальних параметрів і товщини одношарового гіротропного середовища з металевою підкладкою хвильовим способом через амплітуду й фазу коефіцієнта відбиття Hp0 -хвилеводної хвилі від зразка. Is offered model T-junction for measuring the material parameters and thickness of a single-layered gyrotropic medium with a metal substructure wave method through amplitude and a phase of a reflection coefficient Hp0 of the waveguide wave from a pattern. ru Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Физическая инженерия поверхности Определение материальных параметров и толщины промышленных магнитодиэлектрических и ферритовых образцов с металлической подложкой Article published earlier |
| spellingShingle | Определение материальных параметров и толщины промышленных магнитодиэлектрических и ферритовых образцов с металлической подложкой Мизерник, В.Н. Шматько, А.А. |
| title | Определение материальных параметров и толщины промышленных магнитодиэлектрических и ферритовых образцов с металлической подложкой |
| title_full | Определение материальных параметров и толщины промышленных магнитодиэлектрических и ферритовых образцов с металлической подложкой |
| title_fullStr | Определение материальных параметров и толщины промышленных магнитодиэлектрических и ферритовых образцов с металлической подложкой |
| title_full_unstemmed | Определение материальных параметров и толщины промышленных магнитодиэлектрических и ферритовых образцов с металлической подложкой |
| title_short | Определение материальных параметров и толщины промышленных магнитодиэлектрических и ферритовых образцов с металлической подложкой |
| title_sort | определение материальных параметров и толщины промышленных магнитодиэлектрических и ферритовых образцов с металлической подложкой |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/98908 |
| work_keys_str_mv | AT mizernikvn opredeleniematerialʹnyhparametrovitolŝinypromyšlennyhmagnitodiélektričeskihiferritovyhobrazcovsmetalličeskoipodložkoi AT šmatʹkoaa opredeleniematerialʹnyhparametrovitolŝinypromyšlennyhmagnitodiélektričeskihiferritovyhobrazcovsmetalličeskoipodložkoi |