Контроль электрофизических параметров многослойных диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытий: оценка разрешающей способности метода поверхностных электромагнитных волн

Проблема реконструкции распределения диэлектрических и магнитных проницаемостей по толщине (профилю) неметаллических покрытий является актуальной в связи с возрастанием роли современных методов радиоволнового неразрушающего контроля для оценки качества различных типов материалов и изделий. Радиоволновыми методами реконструировано распределение диэлектрических и магнитных проницаемостей по слоям многослойных диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытий на металлической подложке. Исследована разрешающая способность метода поверхностных электромагнитных волн по диэлектрической и магнитной проницаемостям – разность между значениями диэлектрических и магнитных проницаемостей соседних слоёв соответственно многослойных диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытий. Разработана оригинальная методика оценки предельной разрешающей способности метода поверхностных электромагнитных волн в зависимости от электрофизических параметров слоёв покрытия, количества и ширины полосы частот измерений, а также от среднего квадратического отклонения шума, воздействующего на результат измерения коэффициентов ослабления поля поверхностной волны. Приведена структура измерительного комплекса, реализующего разработанную методику. Представлены результаты численных и натурных экспериментов по оценке пределов разрешения по диэлектрической и магнитной проницаемостям слоёв двухслойных покрытий различного типа. Численные эксперименты проведены на образце двухслойного радиопоглощающего покрытия, а натурные – на образце двухслойного диэлектрического покрытия на основе материалов Ro4003C и Arlon25N. Установлено совпадение результатов численных и натурных экспериментов, что подтверждает адекватность разработанной методики. При ширине полосы частот измерений 9,0–12,5 ГГц и среднем квадратическом отклонении шума 0,002 обеспечен предел разрешения по диэлектрической и магнитной проницаемостям слоёв 0,25–0,50 %. Предложенную методику можно применять в различных наукоёмких сферах при оценке электрофизических параметров многослойных покрытий в ходе испытаний на эффективность.

1. Лагарьков А. Н., Погосян М. А. Фундаментальные и прикладные проблемы стелс-технологий. Вестник РАН, 73(9), 779–787 (2003). https://elibrary.ru/omvijp

2. Виноградов А. П., Лагарьков А. Н., Сарычев А. К., Стерлинга И. Г. Многослойные поглощающие структуры из композитных материалов. Радиотехника и электроника, 41(2), 158–161 (1996).

3. Иванова В. И. и др. Разработка широкополосного радиопоглощающего покрытия с высокими эксплуатационными свойствами. Журнал радиоэлектроники: сетевой журнал, (7), (2016). URL: http://jre.cplire.ru/jre/jul16/5/text.pdf

4. Басков К. М., Политико А. А., Семененко В. Н., Чистяев В. А., Акимов Д. И., Краснолобов И. И. Радиоволновой контроль параметров образцов многослойных стенок радиопрозрачных укрытий. Журнал радиоэлектроники: сетевой журнал, (11), (2019). URL: http://jre.cplire.ru/jre/nov19/12/text.pdf

5. Семененко В. Н., Чистяев В. А., Политико А. А., Басков К. М. Стенд для измерений в свободном пространстве радиофизических параметров материалов в сверхширокой полосе сверхвысоких частот. Измерительная техника, (2), 55–59 (2019). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2019-2-55-59

6. Антропов О. С., Дробахин О. О. Повышение разрешающей способности метода фурье-преобразования коэффициента отражения путем экстраполяции спектра на основе принципа минимума длительности. Дефектоскопия, (5), 72–80 (2009). https://elibrary.ru/mguexj

7. Aly O. A. M., Omar A. S. Reconstructing stratified permittivity profiles using super-resolution techniques. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 54(1), 492–498 (2006). https://doi.org/10.1109/TMTT.2005.860491

8. Mirjahanmardi S. H., Albishi A. M., Ramahi O. M. Permittivity Reconstruction of Nondispersive Materials Using Transmitted Power at Microwave Frequencies. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 69(10), 8270–8278 (2020). https://doi.org/10.1109/TIM.2020.2988329

9. Omar A. Base bandand Super-Resolution-Passband Reconstruction Microwave Imaging. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 67(4), 1327–1335 (2019). https://doi.org/10.1109/TMTT.2019.2894427

10. Li Y., Yang X., Lan T., Liu R., Qu X. Parameter Inversionby a Modified Reflected Signal Reconstruction Method for ThinLayered Media. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 21(5), 958–962 (2022). https://doi.org/10.1109/LAWP.2022.3152843

11. Didier Q., Arhab S., Lefeuve-Mesgouez G. Comparative study between different frequency strategies for relative dielectric permittivity and electrical conductivity reconstruction. Application to near subsurface imaging. 2022 IEEE MTT-S International Conference on Numerical Electromagnetic and Multiphysics Modeling and Optimization (NEMO), Limoges, France, pp. 1–4, 2022. https://doi.org/10.1109/NEMO51452.2022.10038974

12. Михнев В. А. Реконструктивная микроволновая структуроскопия многослойных диэлектрических сред. Монография. ПЧУП «Светоч», Минск (2002).

13. Гринев А. Ю., Темченко В. С., Багно Д. В. Радары подповерхностного зондирования. Мониторинг и диагностика сред и объектов. Монография. Радиотехника, Москва (2013).

14. Казьмин А. И. Методологические принципы определения электрофизических параметров материалов и покрытий со сложной внутренней структурой с помощью поверхностных электромагнитных волн. Дефектоскопия, (3), 34–49 (2022). https://doi.org/10.31857/S0130308222030046

15. Фелсен Л. Излучение и рассеяние волн. В 2-х т. Пер. с англ. под ред. Левина М. Л., Мир, Москва, Т. 1. С. 134–138 (1978).

16. Бреховских Л. М. Волны в слоистых средах. Монография. Наука, Москва (1973).

17. Казьмин А. И. Многочастотный оптимизационный метод измерения частотных зависимостей электрофизических параметров диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытий. Измерительная техника, (9), 54–61 (2021). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2020-9-54-61

18. Казьмин А. И., Федюнин П. А., Федюнин Д. П. Контроль диэлектрической проницаемости и толщины анизотропных диэлектрических покрытий методом поверхностных электромагнитных волн. Дефектоскопия, (6), 57–72 (2021). https://doi.org/10.31857/S0130308221060063

19. Ufimtsev P. Ya., Ling R. T. New Results for the Properties of TE Surface Waves in Absorbing Layers. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 49(10), 1445–1452 (2001). https://doi.org/10.1109/8.954933

20. Казьмин А. И., Федюнин П. А., Рябов Д. А. Оценка точности реконструкции электрофизических параметров многослойных радиопоглощающих покрытий методом поверхностных электромагнитных волн с помощью имитационной модели в системе Matlab. Материалы XXI Международной научно-методической конференции «Информатика: проблемы, методы, технологии», Воронеж, Россия, 11–12 февраля 2021 г., ООО «Вэлборн», Воронеж, с. 350–358 (2021) https://elibrary.ru/wfllxr

21. Богданов Ю., Кочемасов В., Хасьянов Е. Фольгированные диэлектрики – как выбрать оптимальный вариант для печатных плат ВЧ/СВЧ-диапазонов. Часть 1. Электроника: Наука, Технология, Бизнес, (3(125)), 156–168 (2013). https://elibrary.ru/qatfvd