Головащенко Р В, Горошко Є В, Варавін А В, Плевако А С, Деркач В Н Інститут радіофізики та електроніки ім А Я Усикова НАН України вул Ак Проскури, 12, м Харків, 61085, Україна тел: 8 (057) -7203-463, e-mail: derkach@irekharkovua

Анотація – Розглянуто апаратно-програмний комплекс, призначений для дослідження спектральних та енергетичних характеристик резонансних систем в міліметровому (ММ) діапазоні довжин хвиль Комплекс використаний у складі кріодіелектрометра для виміру втрат електромагнітної енергії в діелектричних і напівпровідникових матеріалах в діапазоні частот 40-80ГГц і діапазоні температур 085-300К

I                                         Введення

Використання високодобротних резонансних систем в ММ діапазоні довжин хвиль дає можливість вирішувати широке коло завдань діелектрометрії і ЕСР радіоспектроскопії [1,2] Наявне обладнання (панорамні вимірювачі КСХН з кроком перебудови частоти в десятки МГц) найчастіше не дозволяє проводити дослідження характеристик високодобротних (QSIO ‘) резонансних систем Сучасне імпортне обладнання надмірно дорого Ми спробували автоматизувати процес вимірювання характеристик високодобротних резонансних систем на основі блоку сполучення і зручного інтерфейсу управління, збору та обробки даних, підвищивши тим самим точність і швидкість проведення вимірювань

Рис 1 Апаратно-програмний комплекс

Fig 1 The hardware and software complex

II                                 Основна частина

Апаратно-програмний комплекс (АПК) призначений для дослідження спектральних та енергетичних характеристик високодобротних резонансних систем ММ діапазону довжин хвиль До складу комплексу входить стандартний генератор сімейства Г4-14х 4 – і 6 – міліметрового діапазонів, блок сполучення (БС), вимірювальний стенд і персональний компютер (рис1) Технічні характеристики наведені в Таблиці

Ціапазон частот (ГГц)

Про

00

··

VImh крок перебудови частоти (кГц)

100

Динамічний діапазон (дБ)

32

Швидкість перебудови частоти (точок / сек)

10-2500

Операційна система

Л / indows 98, ХР

Інтерфейс передачі даних

RS-232

Струм зміщення діодів (мА)

0-2

Керуючим елементом АПК є блок сполучення, за допомогою якого здійснюється управління частотою генератора, коректування робочих режимів СВЧ-детекторів і реєстрація аналогових сигналів з двох входів (наприклад, з двох СВЧ детекторів або детектора і термодатчика) Структурна схема блоку сполучення представлена ​​на рис 2 До його складу входять 16-розрядний мікроконтролер (М / К MSP430F133), два ідентичних вхідних каскаду, синтезатор керуючих напруг з вбудованим джерелом опорного напруги, інтерфейс звязку з персональним компютером, а також ПЗУ для зберігання робочих параметрів комплексу Програмне забезпечення розроблене в середовищі Borland Delphi 50 і дозволяє:

– встановлювати значення початкової та кінцевої частоти і задавати крок свіпірованія,

– реєструвати аналогові сигнали з двох входів (НВЧ-детекторів) і зберігати результати в текстовий файл,

– обробляти отриману інформацію по

заданому алгоритму, (виділяти резонансні частоти, розраховувати значення добротності

коливань і т д)

Рис 2 Структурна схема блоку сполучення

Fig 2 The interface unit flowchart

Добротність резонансних коливань визначається шляхом апроксимації резонансної кривої функцією Лоренца Приклад вікон програми наведені на рис 3

Розглянутий АПК використаний у складі кріодіелектрометра для вимірювання тангенса кута втрат (tan6) в діелектричних і напівпровідникових матеріалах з малим значенням втрат в ММ діапазоні довжин хвиль і широкому діапазоні темпера-тур, аж до наднизьких (300-085К)

Приклад зміни частоти F (GHz) і добротності Q резонансних коливань в дисковому діелектричному резонаторі (ДДР), виготовленому з CVD-Діаманта (De Beers), втрати в якому досліджуються, наведено на рис 4

Рис 3 Гпавное вікно і вікно вибору робочої точки детектора

Fig 3 Main window and detector operating point selection window

Puc 4 Зміна F і Q ДДР на одній з мод шепоче галереї від температури

Fig 4 Frequency F and Q-factor \/s temperature for a DDR in a whispering gallery mode

III                                   Висновок

Розроблено апаратура для автоматизованого вимірювання спектральних і енергетичних характеристик резонансних систем в міліметровому діапазоні довжин хвиль Проведено дослідження характеристик діелектричних резонаторів в широкому інтервалі температур

IV                            Список літератури

Derkach У N, Golovashchenko R М, Tarapov SI et al Measurement of loss tangent of dielectric and semiconductor materials at millimeter waves and temperatures 09300 K Joint 30th Intl Conf on Infrared and Millimeter Waves (IRMMW-THz 2005) Conference Digest [Williamsburg, Virginia, USA, September 19-23, 2005] – 2005, pp192-193

[1]  Tarapov S, Granovsky A, Derkach V et al Electron spin resonance properties of magnetic granular GMI- nanostructures in millimeter waveband International Journal of Infrared and Millimeter Waves, 2004, 25, pp 1581-1589

HARDWARE AND SOFTWARE COMPLEX FOR MM-WAVE SPECTROSCOPIC RESEARCH

Golovashchenko R V, Goroshko O V, Varavin A V, Plevako A S, Derkach V N

Usikov Institute for Radiophysics and Electronics, NAS of Ukraine

12 Akademika Proskury Str, Kharkiv, 61085, Ukraine Ph: 8(057) 7203463, e-mail: derkach@irekharkovua

Abstract – A hardware and software complex intended for investigation of spectral and energy characteristics of resonant systems in the mm range is described The complex has been integrated into a cryodielectrometer to measure losses of electromagnetic energy in dielectric and semiconductor materials in the 40-80 GHz frequency range at temperatures between 085 До and 300 K

I                                        Introduction

The application of high-Q resonant systems in the mm range provides a possibility of addressing a wide scope of dielectrometry and ESR radiospectroscopy problems [1, 2] The available equipment (panoramic VSWR measuring instruments with frequency tuning intervals of tens of MHz) is sometimes incapable of investigating resonant characteristics of high-Q (Q210′) resonant systems in the mm range, while advanced imported equipment is prohibitively expensive We have attempted to automate the process of measuring high-Q resonant systems using an interface unit and a friendly data acquisition, processing, and control interface

II                                       Main Part

The hardware and software complex is intended for investigating spectral characteristics of high-Q resonant systems in the mm range The complex comprises a standard 4mm and 6mm band Г4-14х oscillator, interface unit, measuring bench and a PC (Fig 1) The interface unit provides the oscillator frequency control, adjustment of microwave detector operating modes and monitoring of analog signals at two inputs

The interface unit flowchart is presented in Fig 2 The device comprises a 16-bit M/K MSP430F133 microcontroller, two identical input stages, a control voltage synthesizer with a built- in reference voltage supply, a PC interface, as well as ROM to store operating parameters of the complex

The software has been developed in the Borland Delphi

50 programming environment and provides the following:

start and end frequencies, as well as sweep steps settings

analog signal monitoring at two inputs (microwave detectors) and saving results as a text file

data processing in accordance with a set algorithm (i e determining resonant frequencies, calculating oscillation Q-factor, etc)

The Q-factor of resonant oscillations is found by approximating a resonant curve using the Lorentz function A user window is shown in Fig 3

The hardware and software complex has been integrated into a cryodielectrometer to measure the dissipation factor (tan5) in dielectric and semiconductor materials with small losses in the mm range across a wide temperature range down to ultralow temperatures (300-085°K) An example of variations in the frequency (F) and Q-factor (Q) of resonant oscillations in a disk dielectric resonator (DDR) made of a CVD diamond (De Beers) is shown in Fig 4

III                                      Conclusion

Facilities for automated measuring of spectral and power characteristics of resonant systems in mm range have been developed Research into characteristics of dielectric resonators across a wide temperature range has been carried out

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р