Анотація до роботи:

Рябухін О.О. Електродинамічні моделі резонаторних сенсорів у НВЧ діагностиці напівпровідників. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.03 – радіофізика. – Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2002.

Дисертацію присвячено науковій розробці електродинамічних моделей резонаторних сенсорів, що використовуються в НВЧ діагностиці напівпровідників, для їх оптимізації і дослідження метрологічних можливостей. Запропоновано і розроблено строгу чисельно-аналітичну електродинамічну модель апертурних резонаторних сенсорів аксіально-симетричного виду. Модель базується на представленні електромагнітних полів у часткових областях через функції Гріна рівнянь Максвела та на одному з варіантів метода напівобернення інтегрального оператора. Розвинена наближена модель НВЧ резонаторних сенсорів ємнісного типу з метою повного описання електромагнітного поля у шаруватих напівпровідникових зразках через приблизно задане поле у апертурі та функції Гріна для шаруватого напівнескінченного простору. Удосконалено одномодове наближення моделей резонаторних сенсорів хвилеводного типу з метою виключення похибок числової реалізації в областях особливостей характеристичного рівняння. Досліджено особливості строгого моделювання найбільш поширених резонаторних сенсорів апертурного типу та проведено порівняння результатів досліджень за допомогою строгих та наближених моделей. Установлено області використання останніх для описування резонаторних сенсорів ємнісного типу.

1. Доведено, що для ефективної чисельної реалізації рішення задач знаходження коренів характеристичних рівнянь одномодової електродинамічної моделі резонаторних сенсорів хвилеводного типу доцільно виключення особливостей у лівій частині цих рівнянь шляхом множення їх на множник подовжньої залежності тангенціальної складової магнітного поля у резонаторі.

2. Одномодова модель резонаторних сенсорів H типу дозволила установити експериментально підтверджені екстремальні залежності їхньої добротності і резонансної частоти від ступеня включення шаруватих напівпровідникових структур у НВЧ поле сенсора, що не випливає з більш ранніх оцінок для діелектриків.

3. Показано ефективність моделі одномодового наближення резонаторних сенсорів H типу для їхнього оптимального синтезу.

4. Розвинена наближена модель НВЧ резонаторних сенсорів ємнісного типу з метою повного описання електромагнітного поля у шаруватих напівпровідникових зразках через приблизно задане поле у апертурі та функції Гріна для шаруватого напівнескінченного простору. Отримано характеристичне рівняння коаксіального сенсора, на відкритому кінці якого розташована шарувата напівпровідникова структура.

5. Показано, що для резонаторних сенсорів з аксіальною симетрією використання власних функцій рівняння Гельмгольца на перетинах розділу дозволяє реалізовувати строгу чисельно-аналітичну модель, що забезпечує більш компактну і наочну процедуру дослідження у порівнянні з прямими чисельними методами. Строге електродинамічне моделювання апертурних резонаторних сенсорів із координатними границями розділу функціональних областей здійснено із застосуванням апарату функцій Гріна і алгебраізації рішення задач одним з варіантів проекційного методу.

6. Встановлені із застосуванням розробленої строгої електродинамічної моделі залежності добротності і власної частоти резонаторних сенсорів тороїдального типу від конструктивних параметрів резонатора мають аргументовану фізичну інтерпретацію і не можуть бути отримані по якій-небудь наближеній моделі.

7. Показано ефективність застосування методу напівобертання інтегрального оператора в чисельно-аналітичній моделі апертурних резонаторних сенсорів. У запропонованому варіанті методу здійснюється обертання головної сингулярної частини інтегрального рівняння шляхом виділення логарифмічної особливості його ядра та представлення невідомого поля на границі розділу часткових областей у виді ряду по власним функціям сингулярної частини інтегрального оператора. Показано ефективність методу на прикладі задачі знаходження власних комплексних частот коаксіального резонаторного сенсора з ємнісною вимірювальною апертурою, навантаженою на шаруватий зразок з втратами.

8. Проведено порівняльний аналіз розроблених та існуючих моделей резонаторного сенсора з ємнісною вимірювальною апертурою, який часто зустрічається на практиці. Строга модель, заснована на представленні електромагнітних полів у часткових областях через функції Гріна рівнянь Максвела, дає результати, що добре збігаються з експериментом. Модель, що використовує наближення заданого поля дозволяє робити оцінку сигналів із систематичною похибкою менш 3%. Експериментально підтверджено, що модель, яка базується на квазістатичному наближенні, неприйнятна через довільно велику систематичну похибку в умовах скин-ефекту.

Публікації автора:

1. Гордиенко Ю.Е., Рябухин А.А., Фар Р.С. Фотомодуляционная СВЧ-диагностика структурно упорядоченных областей в аморфных полупроводниках // Радиоэлектроника и информатика. - 1998. - № 2. - С. 28-32.

2. Рябухин А.А. Об одной особенности численных исследований СВЧ электродинамических систем с потерями // Радиотехника. Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 1999. - Вып. 112. - С. 77-79.

3. Гордиенко Ю.Е., Бородин Б.Г., Рябухин А.А. Фотомодуляционная СВЧ диагностика полупроводниковых структур // Радиотехника. Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 1999. - Вып. 111. - С. 7-13.

4. Гордиенко Ю.Е., Панченко А.Ю., Рябухин А.А. Теоретический анализ резонаторного СВЧ измерительного преобразователя тороидального типа // Радиотехника. Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 2000. - Вып. 113. - С. 174-179.

5. Гордиенко Ю.Е., Панченко А.Ю., Рябухин А.А. Оценка влияния параметров конструкции на информационную способность резонаторных датчиков для измерения диэлектрической проницаемости // Радиотехника. Всеукр. межвед. науч.-техн. сб. - 2001. Вып. 120. - С. 162-165.

6. Гордиенко Ю.Е., Рябухин А.А. Вычисление комплексных резонансных частот СВЧ резонаторных датчиков апертурного типа // Радиоэлектроника и информатика. - 2001. - № 2. - С. 4-7.

7. Сухоруков И.В., Земцов Е.А., Рябухин А.А. Комплекс программ для исследования СВЧ резонаторных измерительных преобразователей // Тезисы докладов научно-методической конференции «Использование компьютерных технологий в учебном процессе», ХТУРЭ, Харьков, 1997. - С. 226.

8. Gordienko Y.E., Panchenko A.Y., Ryabukhin A.A. Numerical algorithm for calculation of cavity microwave transducer of an aperture type // Proceedings of the 3rd International Conference on Antenna Theory and Techniques, Sevastopol, Ukraine, 8-11 Sept. 1999. - P. 496-497.

9. Гордиенко Ю.Е., Панченко А.Ю., Рябухин А.А. Электродинамическая микроскопия легированных полупроводниковых структур // Сборник материалов XII научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления «Датчик-2000». -М.: МГИЭМ, 2000. - С. 63-65.

10. Гордиенко Ю.Е., Панченко А.Ю., Рябухин А.А. Проблемы инвариантности измерительной информации в СВЧ диагностике материалов и объектов // Сборник научных трудов 6-й Международной конференции «Теория и техника передачи, приема и обработки информации» («Новые информационные технологии»), Харьков: ХТУРЭ, 2000. - С. 457-459.

11. Гордиенко Ю.Е., Панченко А.Ю., Кочержин А.И., Рябухин А.А. СВЧ резонаторные преобразователи для измерения влажности // Материалы 10-й Международной Крымской микроволновой конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2000), Севастополь, Крым, Украина, 11-15 сентября 2000. - С. 543-544.

12. Гордиенко Ю.Е., Кочержин А.И., Панченко А.Ю., Рябухин А.А. Определение влагосодержания объектов и продукции лесного хозяйства радиоволновым методом // Тезисы докладов Международной научной конференции «Концепция развития лесной типологии в Украине в контексте лесного образования и повышения продуктивности лесных насаждений», Харьков, 2000. - С. 146-149.

13. Рябухин А.А., Вакулич О.А. Электродинамическая модель слоистых влагосодержащих объектов на СВЧ // Сборник научных трудов 5-го Международного молодежного форума «Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке». - Харьков: ХТУРЭ. - 2001. - С. 197-198.

14. Рябухин А.А., Бурыкин Г.С. СВЧ резонаторный датчик для измерения влажности материалов // Сборник научных трудов 5-го Международного молодежного форума «Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке». - Харьков: ХТУРЭ. - 2001. - С. 199-200.

15. Гордиенко Ю.Е., Панченко А.Ю., Рябухин А.А. Решение прямых задач в теории СВЧ резонаторных измерительных преобразователей // Сборник научных трудов 6-й Международной научно-технической конференции ЛЕОТЕСТ-2001 «Фізичні методи та засоби контролю середовищ, матеріалів та виробів». - Львов , 2001. - С. 116-119.