Костин Михаил Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры конструирования и производства радиоэ-лектронных средств Института радиотехнических и телекоммуникационных систем ФГБОУ ВО
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78
Mikhail S. Kostin, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Department of Design and Production of Radio-Electronic Means, Institute of Radio Engineering and Telecommunication Systems
78, Vernadskogo pr., Moscow 119454
Ярлыков Алексей Дмитриевич, ассистент кафедры радиоволновых процессов и технологий Института радиотех-нических и телекоммуникационных систем ФГБОУ ВО
119454, Москва, пр-т Вернадского, д. 78
Alexey D. Yarlykov, Assistant, Department of Radio Wave Processes and Technologies, Institute of Radio Engineering and Telecommunication Systems
78, Vernadskogo pr., Moscow 119454
Исследована возможность применения микрополосковых СВЧ-резонаторов отражающего типа в решении задач резонансной газосенсорной телеметрии на слоистых диэлектрических подложках с газочувствительным напылением. Отмечено, что применение химически активных напылений, например, на основе цеолитов, имеющих высокую селективную газо-адсорбентную кинетику по быстродействию, позволяет создавать радиосенсорные материалы, способные изменять диэлектрическую проницаемость в процессе поглощения газовых веществ, а также сублимированных паров твердых и жидких фаз различных соединений. В качестве альтернативного подхода в области дозиметрического газомониторинга предлага-ется модификация радиосенсорных приложений на основе микроволновых датчиков, позво-ляющих при помощи микроволновых решений на базе микрополосковых СВЧ-резонаторов с активным газочувствительным сорбционным цеолитным напылением на диэлектрическую подложку проводить газоанализ в режиме реального времени. Сформулирован радиоволновой принцип действия микрополоскового газосенсорного анализатора. Разработана его электродинамическая модель в среде Altair Feko. Спланирован эксперимент и проведены испытания метода газосенсорной телеметрии паров нитрида водорода, растворенных в воде. Установлено, что количество сорбированной воды и нитрида водорода в цеолите однозначно соответствует, как абсолютному значению коэффициента отражения в микрополосковом газосенсорном анализаторе в режиме резонанса, так и самой резонансной частоте анализатора. На примере регистрации паров нитрида водорода показано, что зависящие от концентрации адсорбированного газа коэффициент отражения и сдвиг частоты в резонаторе соответствуют характеристикам насыщения газосенсорного датчика и позволяют многократно измерять небольшие концентрации газа, поглощенного цеолитом, при температуре, соответствующей условию быстрого испарения контролируемого газа с активного слоя диэлектрика, что гарантирует десорбцию датчика. Установлено, что в целях повышения быстродействия газосенсорного отклика целесообразно создавать микрополосковый резонатор для резонансной области 8–10 ГГц и использовать материал подложки микрополоскового датчика с высокой диэлектрической проницаемостью. Переход в область верхних частот СВЧ позволит сократить размеры топологии микрополоскового резонатора и уменьшить эффективную площадь цеолитового напыления, а, следовательно, повысить скорость адсорбции газочувствительного слоя активного диэлектрика.
The possibility of using microstrip reflector microwave resonators in solving problems of resonant gas-sensor telemetry on layered dielectric substrates with gas-sensitive sputtering was investigated. It is noted that the use of chemically active sputtering, for example, on the basis of zeolites having a high selective gas adsorbent kinetics in terms of speed, makes it possible to create radiosensor materials capable of changing the dielectric constant in the process of absorbing gases, as well as of sublimated vapors of solid and liquid phases of various compounds. As an alternative approach in the field of dosimetric gas monitoring, a modification of radiosensor applications based on microwave sensors is proposed, which allows using microwave solutions based on microstrip microwave resonators with active gas-sensitive sorption zeolite sputtering on a dielectric substrate to conduct gas analysis in real time. The radio-wave principle of the microstrip gas sensor analyzer was formulated. An electrodynamic model of a microstrip gas sensor analyzer in the Altair Feko environment was developed. An experiment was planned, and gas-sensor telemetry tests of ammonia vapors dissolved in water were carried out. It was established that the amount of sorbed water and ammonia in the zeolite unambiguously conforms both to the absolute value of the reflection coefficient at resonance and to the resonant frequency itself. Using the example of recording hydrogen nitride vapors it was shown that the reflection coefficient and frequency shift in the resonator, which depend on the concentration of the adsorbed gas, correspond to the saturation characteristics of the gas sensor and make it possible to repeatedly measure small concentrations of a gas that can be absorbed by zeolite at a temperature corresponding to the condition of rapid evaporation of controlled gas from the active dielectric layer, which guarantees desorption of the sensor. It was established that in order to increase the speed of the gas sensor response it is advisable to create a microstrip resonator for the resonance region of 8...10 GHz and to use a microstrip sensor substrate material with a high dielectric constant. This is due to the fact that the transition to the upper microwave frequencies will allow reducing the size of the topology of the microstrip resonator and reducing the effective area of the zeolite deposition, and, consequently, increasing the adsorption rate of the gas-sensitive layer of the active dielectric.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.