CC BY
51
Секция
«ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ»
УДК 629.7.05
И. В. Арбатский, Е. С. Драко Научный руководитель - Б. А. Беляев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
СКАНИРУЮЩИЙ СПЕКТРОМЕТР ФЕРРОМАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА
Описан автоматизированный комплекс для исследования локальных участков магнитных пленок, предназначенных для использования в различных областях техники.
Магнитные материалы в пленочном состоянии применяются не только для изучения физических явлений в тонких слоях, но и широко используются в различных областях техники. Без магнитных пленок в настоящее время невозможно решение многих проблем микроэлектроники. В последние годы физиками активно исследуются чрезвычайно тонкие слоистые структуры, которые обладают многими уникальными и интересными свойствами. В связи с вышесказанным, разработка методов измерения и контроля параметров магнитных материалов в производстве, а также создание аппаратуры для исследования магнетиков в процессе получения новых материалов является важной и актуальной задачей.
Спектрометр ферромагнитного резонанса - это автоматизированный комплекс для исследования локальных участков магнитных пленок, который позволяет не только проводить измерение основных магнитных параметров материала в пленочном состоя-
нии, но и фиксировать степень неоднородностей измеряемых величин по площади пленки.
Принцип работы спектрометра ферромагнитного резонанса (ФМР) основан на методике измерения величины поглощения СВЧ мощности исследуемой пленкой при развертке постоянного магнитного поля, модулированного гармоническим полем небольшой величины. Сигнал формируется измерительной головкой [1], состоящей из транзисторного СВЧ генератора и детектора. Задающим контуром генератора является микрополосковый резонатор с небольшим отверстием, которое одновременно служит источником зондирующего СВЧ магнитного поля и каналом связи с исследуемым участком магнитной пленки. С измерительной головки сигнал после программируемого усилителя оцифровывается аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и далее обрабатывается высокопроизводительным контроллером с ядром СоПех-МЗ ЬРС1768 [2].
Разъем Я8-232
Разъем Ethernet
Разъем ШБ
Драйве р RS-
Ethernet PHY
СВЧ
I
Микроконтроллер ЬРС1768
Измерительная головка
СВЧ детектор
Усилитель
АЦП
1
Датчи АЦП
—► к тока
Цифрово й ШИМ
Усилитель
Усилитель мощности
Драйвер шагового двигателя
ЦАП
Блок схема Спектрометр ферромагнитного резонанса: 1 - столик с закрепленным образцом; 2 - пара колец Гельмгольца
Секция «Электронная техника и технологии»
Исследуемая пленка располагается на столике между двумя парами колец Гельмгольца, первая из которых создает постоянное магнитное поле развертки, а вторая - поле модуляции частотой 1 кГц, что позволяет значительно повысить точность измерения. Для поддержания заданной напряженности магнитного поля на первой паре колец Гельмгольца используется широтно-импульсная модуляция. Широтно-импульс-ный модулятор (ШИМ) выполнен на ПЛИС ХС95288ХЬ и соединен с управляющим контроллером через 8Р1 интерфейс, а обратная связь по току осуществляется с помощью датчика тока. ШИМ стабилизатор магнитного поля работает следующим образом: управляющая программа микроконтроллера вычисляет необходимую ширину импульса, соответствующую требуемому значению тока через первую пару колец Гельмгольца, и по 8Р1 отправляет это значение ШИМ.
После завершения переходного процесса в кольцах Гельмгольца программа производит серию оцифровок с датчика тока. Что позволяет вычислить текущее значение тока и сравнить с требуемым значением. Если эти величины не эквивалентны, то контроллер отправляет ШИМ новое значение ширины импульса, и цикл продолжается, пока требуемое и текущее значения тока не сравняются. Выход ШИМ соединен с усилителем мощности (М08РБТ ключом), который коммутирует ток через обмотки первой пары колец.
Для повышения точности измерения спектров ФМР, как уже отмечалось, магнитное поле, создаваемое первой парой колец Гельмгольц, модулируется второй парой колец, создающей магнитное поле напряженностью порядка 1 Э. Синусоидальный аналоговый сигнал снимается с цифро-аналогового преоб-
разователя (ЦАП), затем усиливается линейным усилителем мощности и подается на вторую пару колец Гельмгольца. Синусоида формируется микроконтроллером.
Спектрометр ферромагнитного резонанса производит автоматическое вращение столика с закрепленной на нем тонкой магнитной пленкой. Столик приводится в движение через систему механических передач шаговым двигателем. Шаговый двигатель также управляется микроконтроллером через драйвер шагового двигателя, представляющего из себя транзисторные сборки Дарлингтона. Спектрометр ФМР имеет 3 интерфейса связи с персональным компьютером. RS-232 позволяет без проблем подключать устройство к старым типам вычислительных машин, USB - современный высокоскоростной интерфейс. При соединении устройства с компьютером по шине USB абсолютно не требуется установка дополнительного программного обеспечения, так как измеритель ФМР реализован как HID устройство. Ethernet позволяет контролировать устройство на значительном удаление от ПК. Возможно даже взаимодействие ПК со спектрометром ФМР через глобальную сеть Internet.
Библиографические ссылки
1. Belyaev B. A., Izotov A. V., Leksikov A. A. Magnetic imaging in thin magnetic film by local spectrometer of ferromagnetic resonance // IEEE Sensors Journal. 2005. Vol. 5. № 2. P. 260-267.
2. Рынок микроэлектроники [электронный ресурс]: LPC1768 32-разрядный. URL: http://catalog. gaw.ru/index.php?page=component_detail&id=17701.
© Арбатский И. В., Драко Е. С., Беляев Б. А., 2011
УДК 621.372.2.052.3.018.78
И. Г. Бевзенко Научный руководитель - Т. Р. Газизов Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники, Томск
СОЗДАНИЕ АНТИПОДА ЗА СЧЕТ ИЗМЕНЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ ОТРЕЗКА
ПЛОСКОГО ТРЕХПРОВОДНОГО КАБЕЛЯ
Рассмотрено явление разложения и восстановления импульса в кабеле марки ВВГп-3^1.5. Выполнено моделирование структуры из двух отрезков. Показано, что антипод можно получить за счет изменения геометрической формы отрезка исследуемой структуры.
Важную роль в обеспечении нормального функционирования электронной аппаратуры космических аппаратов (КА) играет помехозащищенность. Часто помехи передаются по проводникам, что приводит к нарушению нормального функционирования электронной аппаратуры КА. Новой угрозой стали сверхкороткие импульсы, способные вывести аппаратуру из строя.
В работе [1] показано, как проблема защиты от сверхкоротких импульсов может усугубиться из-за явления разложения и последующего восстановления импульса (РПВИ). Для реализации РПВИ необходимо, чтобы один отрезок линии передачи был относи-
тельно другого модальным антиподом, т. е. имел обратный знак разности погонных задержек мод. Показано, что получение отрезка - антипода возможно путем изменения значения относительной диэлектрической проницаемости среды (ег) [2-5]. Есть предположение, что антипод можно получить, изменяя только расположение проводников и диэлектриков, оставляя при этом одинаковую гг в обоих отрезках исследуемой структуры.
Цель работы - исследовать возможность создания антипода за счет изменения геометрической формы отрезка на примере плоского трехпроводного кабеля марки ВВГп-3*1,5.
