Лабораторные работы 5 симестр / Распределительные системы / UMP_FVP_1

а)

б)

Рис.2.20 Изображение сменного модуля №1(собранное (а) и с креплением для установки образца (б))

91

Рис. 2.21. Чертеж сменного модуля №1 для определения коэффициента отражения и прохождения волны от угла падения на тонкую металлическую пленку.

92

Рис. 2.22. Чертеж крепежей (фланец (а)) и крышек торцевых (б)

Рис. 2.23. Чертеж основного цилиндра (а) и трубы четырехгранной (б)

93

2.6.3Описание сменного модуля №2

Сменный модуль №2 разработан выпускником кафедры радиофизики и электроники Шишкиным А.В. в 2007 году (также под руководством автора).

Конструкция создана на основе волновода из комплекта рефлектометров. Волновод разрезан на четыре части под определенными углами 71,6°; 53,2°; 42,7°; 35,2°. Количество распилов выбрано таким образом, чтобы обеспечить наибольшую прочность конструкции. Их число ограничено геометрическими размерами самого волновода. Распиленные под определенным углом части волновода, собираются в единую конструкцию при помощи двух штифтов. Для установки исследуемой пленки в волновод под определенным углом, отдельные части конструкции раздвигаются, а затем, после установки пленки, зажимаются в единое целое при помощи винтов с обеих сторон каждого штифта. Данный способ фиксации пленки в конструкции при помощи винтов позволяет крепко зафиксировать пленку внутри волновода, а также исключить выход волны в пространство вне волновода. Таким образом, вся волна распространяется исключительно внутри волновода, и внешние факторы на результаты измерения влиять не могут. Вся конструкция прикручивается к волноводу болтами и имеет стандартные крепежные размеры. С другого конца к механизму можно подсоединить заглушку. При необходимости имеется возможность снять измерительный механизм.

Конструкция выполнена из металла с соблюдением основных размеров. Она собиралась вручную. Сначала производились необходимые замеры, затем проектировался чертеж. Отдельные части конструкции спаяны оловом при помощи мощного паяльника. Для уменьшения зазоров между частями волновода, отдельные его части обтачивались вручную на мелкозернистом точильном круге. Чертеж конструкции приведен на рис. 2.24, а окончательный вид конструкции приведен на рис. 2.25. Все чертежи выполнены в автоматизированной среде проектирования AutoCAD 2004, и при необходимости могут быстро быть изменены или модернизированы.

Установка позволяет проводить измерения при нормальном падении на пленку сечением 26 x 12 мм2, а при максимальном угле падения 54,80 размер пленки должен быть не менее чем 26 x 21 мм2.

94

Рис. 2.24. Чертеж сменного модуля №2 для определения коэффициента отражения и прохождения волны от угла падения на тонкую металлическую пленку.

Рис. 2.25. Изображение сменного модуля №2

95

2.6.4Порядок измерений

1.Ознакомьтесь с принципом работы приборов.

2.Выполните калибровку. Для этого установить переключатель ПРЕДЕЛЫ в положение 0. Ручкой ОТЧЕТ установить значение КСВН

–бесконечность. Установить в волновод высокоотражающую пластинку. На генераторе качающейся частоты тумблер СВЧ поставить в положение ВКЛ. При помощи ручки КАЛИБР совместить полученное

изображение на индикаторе с верхним пределом (КСВН= ). Выключить СВЧ – тумблер. Снять высокоотражающую пластинку.

3.Установить в волновод сменный модуль № 1. В модуль поместить одну из предложенных тонких пленок. Включить СВЧ – тумблер. Установить на генераторе качающейся частоты одну из меток

(кнопки М1 или М2). Определить при помощи меток частоту и КСВН при нормальном падении волны ( 0 )

4.Вращая диск сменного модуля №1 измерить на выбранной частоте значение КСВН через каждые 10 градусов.

5.Повторить измерения для оставшихся пленок.

6.Установить в волновод сменный модуль № 2. Измерить для каждой из предложенных пленок зависимость КСВН от угла для всех углов, предусмотренных модулем.

7.Рассчитать коэффициент отражения по формуле (2.29) и для всех полученных результатов построить экспериментальные зависимости коэффициента отражения от угла падения электромагнитной волны.

8.По формуле (1.125) (см. раздел 1, п. 1.4.2) рассчитать теоретические зависимости коэффициента отражения от угла падения электромагнитной волны.

9.Привести на одной координатной плоскости, полученные теоретические и экспериментальные зависимости. Проанализировать полученные результаты.

96

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Электромагнитные волны в диэлектриках. Импеданс и адмитанс диэлектрической среды.

2.Плоская волна в проводящем полупространстве. Высокочастотные свойства металлов.

3.Скин-эффект. Поверхностный импеданс.

4.Граница раздела сред. Граничные условия.

5.Отражение и прохождение электромагнитной волны на границе раздела сред.

6.Распространение электромагнитных волн в тонких слоях. Суть метода усреднения и его применение в исследовании электродинамических свойств тонких слоев и пленок.

7.Точные и приближенные граничные условия для тонких слоев.

8.Электродинамическое описание многослойных структур.

9.Коэффициенты отражения и прохождения. Влияние толщины пленки и подложки, частоты и угла падения ЭМВ на коэффициенты отражения и прохождения.

10.Проводимость тонких металлических слоев и пленок

11.Волновод как линия передачи СВЧ.

12.Типы волн в волноводах. Электрические и магнитные поля в волноводах.

13.Скорость распространения и длина волны в волноводе.

14.Выбор типа волн и размеров сечения волновода. Определение критической длины волны в волноводе.

15.Связь волновода с другими цепями.

16.Режим работы волновода. Основные способы согласования волновода с нагрузкой. Применение волноводов.

17.Понятие резонансных окон. Емкостные, индуктивные и резонансные диафрагмы. Свойства и применение реактивных диафрагм.

18.Теория направленных ответвителей.

19.Принцип работы измерителя КСВН. Методика определения КСВН в данной секции.

20.Коэффициент отражения. Методика получения экспериментальных зависимостей коэффициента отражения от толщины, угла падения ЭМВ и частоты падающего излучения в данной секции.

97

ЛИТЕРАТУРА

1.Antonets I.V., Kotov L.N., Shavrov V.G., Sheglov V.I. The reflection of the electromagnetic waves of the centimetric range by the thin amorphous metal films // Abstracts of International conference ―Functional

Materials‖. Crime, Ukraine, 2003. P. 115.

2.Antonets I.V., Kotov L.N., Shavrov V.G., Shcheglov V.I. Conducting and reflecting properties of thin amorphous films from different metals

//Eight International Workshop On Non-Crystalline Solids. Gijon, Spain, 2006. P. 51.

3.Bruggemann M., Masten A., Wibmann P. Electrical and structural properties of copper films annealed on Si(111) // Thin Solid Films. 2002. V. 406. P. 294–298.

4.Fenn M., Akuetey G., Donovan P.E. Electrical resistivity of Cu and Nb thin films // J.Phys.: Condens. Matter. 1998. V. 10. P. 1707–1720.

5.Liu H.-D., Zhao Y.-P., Ramanath G., et. al. Thickness dependent electrical resistivity of ultrathin (<40 nm) Cu films // Thin Solid Films. 2001. V. 384. P. 151–156.

6.Oksanen M.I., Tretyakov S.A. Lindell I.V. Vector Circuit Theory for Isotropic and Chiral Slabs // J of Electromagnetic Waves and Applications.

1990. V. 4. № 2.

7.Pushka P., Tretyakov S.A., Sihvola A.H. Recursive approximate boundary conditions for multilayered media // Report 267. Fin-02015 HUT, Espoo, Finland, 1998.

8.Ston I. On the Electrical Resistance of Thin Films // Phys. Rev. 1898.

V. 6. № 1. P. 1–16.

9.Thomson J. J. The Corpuscular Theory of Matter. Lond., 1907.

10.Абелес Ф. Оптические свойства металлических пленок // Физика тонких пленок. Т. 6. С. 171–227.

11.Абрикосов А.А. Основы теории металлов. М.: Мир, 1985. 12.Антонец И.В. Отражающие и проводящие свойства тонких ме-

таллических пленок и их наноструктура // Монография. Сыктывкар: РИО СыктГУ, 2007. 124 c.

13.Антонец И.В. Электродинамический анализ отражения радиоволн от тонких металлических слоев // Сборник научных работ аспирантов и молодых ученых. Сыктывкар, 2002. С. 6–11.

98

14.Антонец И.В. Проводимость и отражающие свойства тонких аморфных металлических пленок // Материалы XV Коми республиканской молодежной научной конференции. Т. 1. Сыктывкар, Коми НЦ УрО РАН, 2004. С. 22–25.

15.Антонец И.В., Буханцов В.А., Котов Л.Н. Носов Л.С. Радиоэлектроника // Сыктывкар: РИО СыктГУ, 2007. 160 c.

16.Антонец И.В. Гольчевский Ю.В. Физика волновых процессов. Физическая электроника. Твердотельная электроника // Практические рекомендации к семинарским занятиям. Сыктывкар: РИО СыктГУ, 2005. 44 с.

17.Антонец И.В., Голубев Е.А. Исследование наноструктуры тонких металлических пленок Ag, Au, Cu, Fe с помощью атомно-силовой микроскопии // XII Российский симпозиум по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел. Черноголовка, 2001. С. 165.

18.Антонец И.В., Голубев Е.А., Котов Л.Н. Влияние подложек на формирование рельефа поверхности тонких металлических пленок // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2007. № 8. С. 65-72.

19.Антонец И.В., Котов Л.Н., Некипелов С.В., Голубев Е.А. Особенности наноструктуры тонких аморфных металлических пленок // Материалы докладов IV Национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов. М.: Институт кристаллографии РАН, 2003. С. 248.

20.Антонец И.В., Котов Л.Н., Некипелов С.В., Голубев Е.А. Особенности наноструктуры и удельной проводимости тонких пленок различных металлов // ЖТФ. 2004. № 3. С. 24–27.

21.Антонец И.В., Котов Л.Н., Некипелов С.В. Влияние поверхности подложек на формирование тонких металлических пленок // Вестник Сыктывкарского госуниверситета: Серия 2. Вып. 1. Сыктывкар: РИО СыктГУ, 2006. С. 14-25.

22.Антонец И.В., Котов Л.Н., Некипелов С.В., Карпушов Е.Н. Проводящие и отражающие свойства тонких металлических пленок // ЖТФ. 2004. Т. 74. № 11. С. 102–106.

23.Антонец И.В. Котов Л.Н., Некипелов С.В. и др. Проводящие и отражающие свойства тонких металлических пленок с различной толщиной и морфологией поверхности // Proceedings XII International

99

Conference on Spin-Electronics and Gyrovector Electrodynamics. Moscow, 2003. Publisher UNC-1 MPEI (TU). P. 642–655.

24.Антонец И.В. Котов Л.Н., Некипелов С.В. и др. Электродинамические свойства тонких металлических пленок с различной толщиной и морфологией поверхности // Радиотехника и электроника. 2004. Т. 49. № 10. С. 1243–1250.

25.Антонец И.В., Котов Л.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Проводящие и отражающие свойства тонких пленок различных металлов // Радиотехника и электроника. 2006. Т. 51. №. 12. С. 1394-1400.

26.Антонец И.В., Котов Л.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Применение метода усреднения к расчету распространения электромагнитного излучения через тонкие пленки с различной проводимостью // Радиотехника и электроника. 2007. Т.52. №4. С. 403-414.

27.Антонец И.В., Котов Л.Н., Шавров В.Г., Щеглов В.И. Применение метода усреднения для расчета коэффициентов отражения, прохождения и поглощения при наклонном падении электромагнитной волны на плоскопараллельную пластину // Радиотехника и электроника. 2008. Т. 53. (в печати).

28.Баженов М.В., Антонец И.В., Голубев Е.А. Наноструктура аморфных металлических пленок и ее влияние на электромагнитные свойства // Вестник института геологии Коми НЦ УрО РАН. № 3. Сыктывкар, 2000. С. 8–9.

29.Баскаков С.И. Основы электродинамики. М.: Сов. радио, 1974. 248с.

30.Бек Г., Гюнтеродт Г.Й. Металлические стекла. М: Мир, 1983г. 31.Белоцерковский Г.Б. Антенны. М: Оборониздат, 1956г. 496с 32.Бланк А.Я., Касумов Ф.К., Шаршанов А.Я. Поглощение элек-

тромагнитного излучения в слоистой структуре металл-диэлектрик // РЭ. 1993. Т. 38. № 12. С. 2128–2137.

33.Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. АН СССР, 1957. 34.Вайнштейн Л.А. Теория дифракции и метод факторизации. М.:

Сов.радио, 1966.

35.Вальднер О.А., Милованов О.С., Собенин Н.П. Техника сверхвысоких частот. Учебная лаборатория. М.: Атомиздат, 1974. 232 с

36.Жеребцов И.П. Введение в технику дециметровых и сантиметровых волн. М., Л.: Энергия, 1964. 144с.

37.Измерения в электронике. Справочник. // Под ред. Кузнецова В.А. М.: Энергоатомиздат, 1987. 512 с.

100