PL210425B1 - Cylindryczny rezonator mikrofalowy z rozkładem pola TE011 - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest cylindryczny rezonator mikrofalowy z rozkładem pola TE011, przeznaczony głównie do pomiaru przewodnictwa materiałów półprzewodnikowych.

Znane sposoby pomiaru przewodnictwa w pasmach mikrofalowych polegają na pomiarze w wolnej przestrzeni, w prowadnicach falowych oraz wn ękach rezonansowych. Badania materiał ów w swobodnej przestrzeni obarczone są szeregiem niedogodności, z których najuciążliwszą jest konieczność stosowania próbek o dużych wymiarach. Duże próbki trzeba również stosować w metodach badania materiałów w prowadnicach falowych. W tych ostatnich metodach należy dodatkowo spełnić warunek dobrego, bezszczelinowego dopasowania wymiarów próbki do wymiarów stosowanego falowodu. W metodach rezonatorowych możliwy jest bezkontaktowy pomiar przewodnictwa próbki, w szczególnoś ci, gdy korzystamy z rezonatorów cylindrycznych z rozk ładami TE0mn. Du ż a czuł ość metod rezonatorowych predysponuje je do badania małych próbek, w tym próbek z materiałów półprzewodnikowych stosowanych w elektronice.

Istota rezonatora według wynalazku polega na tym, że ma poziomą szczelinę, wyciętą w ściance swego cylindrycznego korpusu, w połowie jego wysokości oraz wydrążone w tej ściance pionowe gniazdo, w którym jest usytuowana, prostopadle do płaszczyzny szczeliny, oś obrotowa z osadzonym na niej płaskim podajnikiem, który jest obrotowo usytuowany w tej szczelinie.

Korzystnym jest, gdy rezonator ma także płytkę pośredniczącą, usytuowaną współśrodkowo pomiędzy pokrywą górną a obrzeżem korpusu, przy czym w płytce tej są nawiercone dwa otwory sprzęgające, wejściowy i wyjściowy.

Korzystnym jest także, gdy dla częstotliwości rezonansowej 22,0 GHz podajnik ma kształt prostokątnej płytki.

Dodatkowo korzystnym jest także, gdy rezonator jest wyposażony w osadzone na osi obrotowej pokrętło ze skalą kątową.

Ponadto korzystnym jest, gdy rezonator jest wyposażony w pierścień z materiału dielektrycznego, usytuowany koncentrycznie na pokrywie dolnej, od strony wnęki rezonansowej.

Bezpośrednim skutkiem wynalazku jest nowa, uproszczona i łatwa w realizacji konstrukcja rezonatora, która umożliwia bezkontaktowy pomiar przewodnictwa próbek o małych wymiarach i wysokich parametrach własnych.

Rezonator według wynalazku został uwidoczniony w przykładowym wykonaniu pokazanym na rysunku, którego poszczególne figury obrazują:

fig. 1 - rezonator w przekroju pionowym, fig. 2 - przekrój poprzeczny rezonatora w płaszczyźnie szczeliny, fig. 3 - przekrój pionowy rezonatora w płaszczyźnie równoległej do szerszych ścianek falowodów oraz fig. 4 - przekrój poprzeczny wzdłuż cięcia A-A.

W przykładzie zastosowano rezonator o częstotliwości: 21980700 kHz i dobroci: 4000, pracujący na modzie TE011.

Cylindryczny korpus 1 rezonatora, obustronnie zamknięty za pomocą dwóch mosiężnych pokryw, dolnej 4 i górnej 13 oraz usytuowanej pod płytą 13 miedzianej płytki pośredniczącej 3, zawiera wnękę rezonansową 2 o średnicy 17,9 mm i objętości 4549,9 mm³. Pokrywa górna 13 wraz z płytką pośredniczącą 3 ma pięć otworów 9 na śruby dociskowe 21 oraz otwór wprowadzający 11 gniazda 17 na oś obrotową 12 podajnika 18. Ponadto, płytka pośrednicząca 3 ma usytuowane symetrycznie względem środka dwa otwory sprzęgające, wejściowy 5 falowodu wejściowego 7 i wyjściowy 6 oraz falowodu wyjściowego 8, przy czym rozstęp pomiędzy otworami 5 i 6 wynosi 8,5 mm.

Prostokątne falowody 7 i 8, o przekroju poprzecznym określonym symbolem R 220 (PN-66/T-80300), są w taki sposób wlutowane w pokrywę górną 13, wzdłuż jej średnicy, by ich osie symetrii pokrywały się z osiami otworów 5 i 6 w płytce pośredniczącej 3.

Z kolei pokrywa dolna 4 ma sześć otworów mocujących 14 na śruby dociskowe 21 oraz pierścień 15 z materiału dielektrycznego, przyklejony koncentrycznie od strony wnęki rezonansowej 2 w celu wytłumienia wzbudzającego się drgania rodzaju TE011.

W cylindrycznej ściance korpusu 1 jest nawierconych jedenaście gwintowanych gniazd 16 dla śrub dociskowych 21, mocujących pokrywy 4 i 13 wraz z płytką pośredniczącą 3 do krawędzi korpusu 1. Oś obrotowa 12 jest wyposażona w napędzające pokrętło 10 z precyzyjną skalą kątową. Osadzony na osi obrotowej 12 podajnik 18 z materiału nisko stratnego ma postać prostokątnej płytki o grubości

PL 210 425 B1

0,1 mm i długości przekraczającej wielkość promienia cylindra 2. W połowie wysokości korpusu 1, w płaszczyźnie prostopadłej do osi cylindra 2, wycięta jest pozioma szczelina 19, w której przemieszcza się podajnik 18 z próbką materiału półprzewodnikowego. Podajnik transportuje obrotowo próbkę z miejsca na zewnątrz rezonatora do punktu 20 w wewnątrz wnęki rezonansowej 2, w którym występuje maksimum natężenia pola elektrycznego wysokiej częstotliwości, przy czym za pomocą pokrętła 10 z precyzyjną skalą kątową wyznacza się pozycję ramienia z dokładnością ± 3,6°.

Metoda pomiaru przewodnictwa w materiałach półprzewodnikowych, w której wykorzystano przedmiotowy rezonator, polega na pomiarze adiabatycznej zmiany charakterystyki rezonatora po wprowadzeniu do niego obcego ciała (badanej próbki). Próbka musi być mała w porównaniu z przestrzenną zmianą pola. W przykładzie wykonania wymiary próbki wynosiły 1 x 1 x 3 mm. Istotą pomiaru tą metodą jest wykonanie oddzielnie charakterystyki rezonatora przed i po włożeniu próbki. Różnice w charakterystykach transmisyjnych rezonatora informują o zmianie zespolonej wartości przenikalności elektrycznej, a w szczególności jej części urojonej - związanej z przewodnictwem próbki.

Claims (5)

1. Rezonator mikrofalowy z rozkładem pola TE011, którego cylindryczny korpus jest obustronnie ograniczony dwiema pokrywami zewnętrznymi oraz płytą pośredniczącą, przy czym parametry utworzonej wnęki odpowiadają wymaganej częstotliwości rezonansowej, znamienny tym, że ma poziomą szczelinę (19), wyciętą w ściance korpusu (1), w połowie jego wysokości oraz wydrążone w tej ściance pionowe gniazdo (17), w którym jest usytuowana, prostopadle do płaszczyzny szczeliny (19), oś obrotowa (12) z osadzonym na niej płaskim podajnikiem (18), który jest obrotowo usytuowany w szczelinie (19).

2. Rezonator według zastrzeżenia 1, znamienny tym, że ma w płytkę pośredniczącą (3), usytuowaną współśrodkowo pomiędzy pokrywą górną (13) a obrzeżem korpusu (1) przy czym w płycie tej są nawiercone dwa otwory sprzęgające, wejściowy (5) falowodu wejściowego (7) oraz wyjściowy (6) falowodu wyjściowego (8).

3. Rezonator według zastrzeżenia 1 albo 2, znamienny tym, że dla częstotliwości rezonansowej 22,0 GHz podajnik (18) ma kształt prostokątnej płytki.

4. Rezonator według zastrzeżenia 1 albo 2, znamienny tym, że jest wyposażony w osadzone na osi obrotowej (12) pokrętło (10) ze skalą kątową.

5. Rezonator według zastrzeżenia 1 albo 2, znamienny tym, że jest wyposażony w pierścień (15) z materiału dielektrycznego, usytuowany koncentrycznie na pokrywie dolnej (4), od strony wnęki rezonansowej (2).