Способ измерения диэлектрической проницаемости материалов Советский патент 1991 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения относительной диэлектрической проницаемости материалов в авиационной и радиотехнической промышленности.

Цель изобретения - повышение точности измерений и обеспечение изменений диэлектриков толщиной () АНа фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на Лиг. 2 - расчетные зависимости диэлектрической проницаемости контролируемого материала от резонансной частоты поверхностного плазмона.

Устройство содержит свип-генера- тор 1 СВЧ-колебаний, излучающую антенну 2, диэлектрическую линзу 3, полупроводниковую пленку 4, контролируемый диэлектрик 5, приемную антенну 6, усилитель 7, детектор 8, экстрематор 9 и блок 10 обработки.

Способ осуществляют следующим образом.

Контролируемый матеоиал 5 обручают с помощью генератора 1 и излучающей антенны 2 через диэлектоичес- кую линзу 3 и полупроводников о пленку 4 частотно-модулированной СВЧ-волной, поляризованной в плоскости падения, под углом arcsinCu/f/),)1 - Отраженная волна попадает в приемную антенну 6, усиливается в блоке 7 и детектируется СВЧ-детектором 8 „ Далее продетектированный сигнал попадает на вход экстрематора 9- В момент времени, когда частота генератора равна 03ре, , на границе полупроводниковая пленка - контролируемый диэлектрик

I -i

н

О

О

|4

st

CD

1

(.

возбуждается поверхностный плазмон, который поглощает часть энергии падающей волны. В результате этого амплитуда отраженной волны резко уменьша- ется и с выхода экстрематора 9 поступает управляющий импульс на вход блока 10 обработки. На управляющий вход блока 10 обработки с управляющего выхода СВЧ свип-генератора 1 непрерыв- но поступает сигнал пилообразной формы, амплитуда которого пропорциональна текущей частоте свип-генератора 1. В момент прихода управляющего импульса с экстрематора 9 в блоке 10 обработки фиксируется мгновенное значение амплитуды пилообразного сигнала , по величине которой с помощью предварительно занесенных в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) блока обработки частотной характеристике свип-генератора 1 исходных параметров линзы и пленки осуществляется определение резонансной частоты и расчет диэлектрической проницаемое- ти контролируемого материала. Блок 10 обработки выполнен на основе управляющего вычислительного устройства К1-20, а экстрематор - на основе операционного усилителя с отрицательной обратной связью по известной схеме.

Расчетные зависимости {фиг. 2) приведены для диэлектрической проницаемости линзы Збв™3,57. 8 качестве материала полупроводниковой пленки выбран n-InSb (сурмянмстый индий n-типа), имеющий следующие параметры: диэлектрическая проницаемость кристаллической решеткис 10, концентрация электронов N 5-102)M

эффективная частота столкновении трона 1,8 -10 с эффективная са электрона ,01 те, где гае масса покоя электрона. Кривые 1

соответствуют углам падения 50, 60 70 и 80°.

Формула изобретения Способ измерения диэлектрической проницаемости материалов, заключающийся в облучении контролируемого материала частотно-модулированным линейно-поляризованным СВЧ-излучением, возбуждении повер хностной электромагнитной волны и измерении ее резонансной частоты, о тличающий- с я тем; что, с целью повышения точности измерений и обеспечения измерения диэлектриков толщиной () контролируемый материал устанавливают на полупроводниковую пленку, нанесенную на основание полуцилиндрической диэлектрической линзы, плоскость поляризации СВЧ-излучения устанавливают параллельно плоскости падения, облучение осуществляют через диэлектрическую линзу под углом

Cp0 arcsm(e/) /2,

поверхностную электромагнитную волну возбуждают типа поверхностного плаз- мона и определяют диэлектрическую проницаемость 6 контролируемого материала с помощью выражения

1

1

-1

Јш( + ;р,-) .

«V- 1

где 6 - диэлектрическая проницаемость линзы;

о угол падения волны;

I. - диэлектрическая проницаемость кристаллической решет. ки полупроводника;

V - эффективная частота столкновений электронов; СЭре,- резонансная частота поверхностного плазмона.

i:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле диэлектрической проницаемости материалов. Целью изобретения является повышение точности измерений и обеспечение измерения диэлектриков, толщиной (3-5X. Способ осуществляется путем возбуждения а границе полупроводниковой пленки - исследуемый материал электро- гнигн г волны - поверхностного плазмона, и измерения его резонансной частоты, по которой и судят о величине диэлектрической проницаемости материала. Возбуждение поверхностного плазмона осуществляется облучением частотно-модулированной СВЧ-волной под определенным углом падения. 1 с.п. ф-лы, 2 ил. («

too

2OO

Фиг. I

300

500 4Гг,