Дослідження резонаторних структур з мікрозондовими сенсорними елементами

By using methods of mathematical modeling and in the course of an experimental study we have investigated various types of microwave resonator measuring transducers with microprobe sensing elements of coaxial type. Such a study was necessitated by their widespread application for local non-destructive testing and for diagnostics electrophysical characteristics of micro- and nanoscale objects and structures.In order to analyze the resonator measuring transducers with microprobe elements, we have chosen, as the basic criterion, attaining the maximal quality factor, which determines the sensitivity of measurements. We have investigated the structures of measuring transducers based on a coaxial resonator with gradually changing geometrical dimensions, resonators based on the segments of regular waveguides, a cylindrical resonator. In addition, the microwave measuring transducers based on hybrid irregular volumetric and planar structures have been examined. We have considered the distribution character of an electromagnetic field in the structures of transducers, the amplitude-frequency characteristics, as well as changes in them during interaction with external objects. The result of this study is the identified possibilities to improve quality factor for different types of the resonator measuring transducers with microprobe elements to the magnitudes the order of 104. We have proposed, designed, and examined practical structures of measuring transducers, which could be used both in scanning microwave microscopy and in other measuring systems and complexes. We have developed and investigated a measuring transducer based on a coaxial structure that has resonances in a wide range of working frequencies. We have designed and explored the technologically simple structures of high-quality resonator transducers of the pass-through type in the centimeter and millimeter wavelength range based on segments of regular waveguides. A possibility to construct a high-quality measuring transducer based on the hybrid irregular structures, which are excited at the highest types of oscillations, has been experimentally proven. We have revealed a strong influence of characteristics of the coupling elements on the parameters of resonator measuring transducers, which must be taken into consideration when they are applied in practice. The results of our study would make it possible to expand the range and scope of application of methods for the local non-destructive microwave diagnostics of small-dimensional objects and structuresМетодами математического моделирования и экспериментально проведены исследования различных типов микроволновых резонаторных измерительных преобразователей с микрозондовыми сенсорными элементами коаксиального типа. Необходимость проведения таких исследований связана с их широким применением для локального неразрушающего контроля и диагностики электрофизических характеристик микро- и наноразмерных объектов и структур.При анализе резонаторных измерительных преобразователей с микрозондовыми элементами основным критерием выбрано достижение максимальной добротности, которая определяет чувствительность измерений. Исследовались структуры измерительных преобразователей на основе коаксиального резонатора с плавно меняющимися геометрическими размерами, резонаторов на основе отрезков регулярных волноводов, цилиндрического резонатора. Также проведены исследования микроволновых измерительных преобразователей на основе гибридных нерегулярных объемных и планарных структур. Рассмотрены характер распределения электромагнитного поля в структурах преобразователей, амплитудно-частотные характеристики и их изменения при взаимодействии с внешними объектами. В результате проведенных исследований выявлены возможности повышения добротности для разных типов микроволновых резонаторных измерительных преобразователей с микрозондовыми элементами до величин порядка 104. Предложены, разработаны и исследованы практические конструкции измерительных преобразователей, которые могут быть использованы как в сканирующей микроволновой микроскопии, так и в других измерительных системах и комплексах. Разработан и исследован измерительный преобразователь на основе коаксиальной структуры, имеющий резонансы в широком диапазоне рабочих частот. Разработаны и исследованы технологически простые конструкции высокодобротных резонаторных преобразователей проходного типа сантиметрового и миллиметрового диапазона длин волн на основе отрезков регулярных волноводов. Экспериментально доказана возможность создания высокодобротного измерительного преобразователя на основе гибридных нерегулярных структур, которые возбуждаются на высших типах колебаний. Выявлено сильное воздействие характеристик элементов связи на параметры резонаторных измерительных преобразователей, которое необходимо учитывать при их практическом применении. Результаты проведенных исследований позволят расширить практику и области применения методов локальной неразрушающей микроволновой диагностики малоразмерных объектов и структурЗа допомогою методів математичного моделювання та експериментально проведено дослідження різних типів мікрохвильових резонаторних вимірювальних перетворювачів з мікрозондовими сенсорними елементами коаксіального типу. Необхідність проведення таких досліджень пов′язана з їх широким застосуванням для локального неруйнівного контролю і діагностики електрофізичних характеристик мікро- та нанорозмірних об′єктів і структур.При аналізі резонаторних вимірювальних перетворювачів з мікрозондовими елементами за основний критерій обрано досягнення максимальної добротності, яка визначає чутливість вимірювань. Досліджено структури вимірювальних перетворювачів на основі коаксіального резонатора, геометричні розміри якого плавно змінюються, резонаторів на основі відрізків регулярних хвилеводів, циліндричного резонатора. Також проведено дослідження мікрохвильових вимірювальних перетворювачів на основі гібридних нерегулярних об′ємних і планарних структур. Розглянуто характер розподілу електромагнітного поля в структурах перетворювачів, амплітудно-частотні характеристики та їх зміни при взаємодії із зовнішніми об′єктами. В результаті проведених досліджень виявлено можливості підвищення добротності для різних типів мікрохвильових резонаторних вимірювальних перетворювачів з мікрозондовими елементами до величин порядку 104. Запропоновано, розроблено і досліджено практичні конструкції вимірювальних перетворювачів, які можуть бути використані як у скануючої мікрохвильової мікроскопії, так і в інших вимірювальних системах і комплексах. Розроблено і досліджено вимірювальний перетворювач на основі коаксіальної структури, який має резонанси в широкому діапазоні робочих частот. Розроблено і досліджено технологічно прості конструкції високодобротних резонаторних перетворювачів прохідного типу сантиметрового та міліметрового діапазонів довжин хвиль на основі відрізків регулярних хвилеводів. Експериментально доведено можливість створення високодобротного вимірювального перетворювача на основі гібридних нерегулярних структур, що збуджуються на вищих типах коливань. Виявлено сильний вплив характеристик елементів зв′язку на параметри резонаторних вимірювальних перетворювачів, який треба враховувати при їх практичному застосуванні. Результати досліджень, які були проведені, дозволяють розширити практику та галузі застосування методів локальної неруйнівної мікрохвильової діагностики малорозмірних об′єктів та структу

Дослідження резонаторних структур з мікрозондовими сенсорними елементами

By using methods of mathematical modeling and in the course of an experimental study we have investigated various types of microwave resonator measuring transducers with microprobe sensing elements of coaxial type. Such a study was necessitated by their widespread application for local non-destructive testing and for diagnostics electrophysical characteristics of micro- and nanoscale objects and structures.In order to analyze the resonator measuring transducers with microprobe elements, we have chosen, as the basic criterion, attaining the maximal quality factor, which determines the sensitivity of measurements. We have investigated the structures of measuring transducers based on a coaxial resonator with gradually changing geometrical dimensions, resonators based on the segments of regular waveguides, a cylindrical resonator. In addition, the microwave measuring transducers based on hybrid irregular volumetric and planar structures have been examined. We have considered the distribution character of an electromagnetic field in the structures of transducers, the amplitude-frequency characteristics, as well as changes in them during interaction with external objects. The result of this study is the identified possibilities to improve quality factor for different types of the resonator measuring transducers with microprobe elements to the magnitudes the order of 104. We have proposed, designed, and examined practical structures of measuring transducers, which could be used both in scanning microwave microscopy and in other measuring systems and complexes. We have developed and investigated a measuring transducer based on a coaxial structure that has resonances in a wide range of working frequencies. We have designed and explored the technologically simple structures of high-quality resonator transducers of the pass-through type in the centimeter and millimeter wavelength range based on segments of regular waveguides. A possibility to construct a high-quality measuring transducer based on the hybrid irregular structures, which are excited at the highest types of oscillations, has been experimentally proven. We have revealed a strong influence of characteristics of the coupling elements on the parameters of resonator measuring transducers, which must be taken into consideration when they are applied in practice. The results of our study would make it possible to expand the range and scope of application of methods for the local non-destructive microwave diagnostics of small-dimensional objects and structuresМетодами математического моделирования и экспериментально проведены исследования различных типов микроволновых резонаторных измерительных преобразователей с микрозондовыми сенсорными элементами коаксиального типа. Необходимость проведения таких исследований связана с их широким применением для локального неразрушающего контроля и диагностики электрофизических характеристик микро- и наноразмерных объектов и структур.При анализе резонаторных измерительных преобразователей с микрозондовыми элементами основным критерием выбрано достижение максимальной добротности, которая определяет чувствительность измерений. Исследовались структуры измерительных преобразователей на основе коаксиального резонатора с плавно меняющимися геометрическими размерами, резонаторов на основе отрезков регулярных волноводов, цилиндрического резонатора. Также проведены исследования микроволновых измерительных преобразователей на основе гибридных нерегулярных объемных и планарных структур. Рассмотрены характер распределения электромагнитного поля в структурах преобразователей, амплитудно-частотные характеристики и их изменения при взаимодействии с внешними объектами. В результате проведенных исследований выявлены возможности повышения добротности для разных типов микроволновых резонаторных измерительных преобразователей с микрозондовыми элементами до величин порядка 104. Предложены, разработаны и исследованы практические конструкции измерительных преобразователей, которые могут быть использованы как в сканирующей микроволновой микроскопии, так и в других измерительных системах и комплексах. Разработан и исследован измерительный преобразователь на основе коаксиальной структуры, имеющий резонансы в широком диапазоне рабочих частот. Разработаны и исследованы технологически простые конструкции высокодобротных резонаторных преобразователей проходного типа сантиметрового и миллиметрового диапазона длин волн на основе отрезков регулярных волноводов. Экспериментально доказана возможность создания высокодобротного измерительного преобразователя на основе гибридных нерегулярных структур, которые возбуждаются на высших типах колебаний. Выявлено сильное воздействие характеристик элементов связи на параметры резонаторных измерительных преобразователей, которое необходимо учитывать при их практическом применении. Результаты проведенных исследований позволят расширить практику и области применения методов локальной неразрушающей микроволновой диагностики малоразмерных объектов и структурЗа допомогою методів математичного моделювання та експериментально проведено дослідження різних типів мікрохвильових резонаторних вимірювальних перетворювачів з мікрозондовими сенсорними елементами коаксіального типу. Необхідність проведення таких досліджень пов′язана з їх широким застосуванням для локального неруйнівного контролю і діагностики електрофізичних характеристик мікро- та нанорозмірних об′єктів і структур.При аналізі резонаторних вимірювальних перетворювачів з мікрозондовими елементами за основний критерій обрано досягнення максимальної добротності, яка визначає чутливість вимірювань. Досліджено структури вимірювальних перетворювачів на основі коаксіального резонатора, геометричні розміри якого плавно змінюються, резонаторів на основі відрізків регулярних хвилеводів, циліндричного резонатора. Також проведено дослідження мікрохвильових вимірювальних перетворювачів на основі гібридних нерегулярних об′ємних і планарних структур. Розглянуто характер розподілу електромагнітного поля в структурах перетворювачів, амплітудно-частотні характеристики та їх зміни при взаємодії із зовнішніми об′єктами. В результаті проведених досліджень виявлено можливості підвищення добротності для різних типів мікрохвильових резонаторних вимірювальних перетворювачів з мікрозондовими елементами до величин порядку 104. Запропоновано, розроблено і досліджено практичні конструкції вимірювальних перетворювачів, які можуть бути використані як у скануючої мікрохвильової мікроскопії, так і в інших вимірювальних системах і комплексах. Розроблено і досліджено вимірювальний перетворювач на основі коаксіальної структури, який має резонанси в широкому діапазоні робочих частот. Розроблено і досліджено технологічно прості конструкції високодобротних резонаторних перетворювачів прохідного типу сантиметрового та міліметрового діапазонів довжин хвиль на основі відрізків регулярних хвилеводів. Експериментально доведено можливість створення високодобротного вимірювального перетворювача на основі гібридних нерегулярних структур, що збуджуються на вищих типах коливань. Виявлено сильний вплив характеристик елементів зв′язку на параметри резонаторних вимірювальних перетворювачів, який треба враховувати при їх практичному застосуванні. Результати досліджень, які були проведені, дозволяють розширити практику та галузі застосування методів локальної неруйнівної мікрохвильової діагностики малорозмірних об′єктів та структу

Study Into the Resonator Structures with Microprobe Sensing Elements

By using methods of mathematical modeling and in the course of an experimental study we have investigated various types of microwave resonator measuring transducers with microprobe sensing elements of coaxial type. Such a study was necessitated by their widespread application for local non-destructive testing and for diagnostics electrophysical characteristics of micro- and nanoscale objects and structures.In order to analyze the resonator measuring transducers with microprobe elements, we have chosen, as the basic criterion, attaining the maximal quality factor, which determines the sensitivity of measurements. We have investigated the structures of measuring transducers based on a coaxial resonator with gradually changing geometrical dimensions, resonators based on the segments of regular waveguides, a cylindrical resonator. In addition, the microwave measuring transducers based on hybrid irregular volumetric and planar structures have been examined. We have considered the distribution character of an electromagnetic field in the structures of transducers, the amplitude-frequency characteristics, as well as changes in them during interaction with external objects. The result of this study is the identified possibilities to improve quality factor for different types of the resonator measuring transducers with microprobe elements to the magnitudes the order of 104. We have proposed, designed, and examined practical structures of measuring transducers, which could be used both in scanning microwave microscopy and in other measuring systems and complexes. We have developed and investigated a measuring transducer based on a coaxial structure that has resonances in a wide range of working frequencies. We have designed and explored the technologically simple structures of high-quality resonator transducers of the pass-through type in the centimeter and millimeter wavelength range based on segments of regular waveguides. A possibility to construct a high-quality measuring transducer based on the hybrid irregular structures, which are excited at the highest types of oscillations, has been experimentally proven. We have revealed a strong influence of characteristics of the coupling elements on the parameters of resonator measuring transducers, which must be taken into consideration when they are applied in practice. The results of our study would make it possible to expand the range and scope of application of methods for the local non-destructive microwave diagnostics of small-dimensional objects and structure