Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2020, № 8 · RADIO WAVE PROPAGATION

Near-field microwave sounding of nonlinear subsurface targets

K.P. Gaikovich1, A.I. Smirnov2,3, E.S. Maksimovitch4, V.A. Badeev4

1 Institute for Physics of Microstructures of RAS, Nizhnii Novgorod, Russia
2 Institute of Applied Physics of RAS, Nizhnii Novgorod, Russia
3 Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod, Nizhnii Novgorod, Russia
4 Institute of Applied Physics NAN of Belarus, Minsk, Belarus
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2020.8.6 UDC 621.371+537.87 EDN GUVRSE

Abstract

A new method of the near-field sounding of subsurface inhomogeneities with nonlinear response on harmonics of the probing signal is propoded. This method is based on the solving the near-field inverse scattering problem. For the retrieval of the subsurface structure of complex permittivity and nonlinear susceptibility we used data of multifrequency or pulse measurements obtained with the scanning transceiver system operating in the bistatic configurationd. In this paper, results of sounding with the pulse mono-sinus signal of silicon targets in the sand medium are demonstrated.

  • томография
  • голография
  • нелинейные среды
  • ближнепольная СВЧ диагностика
  • обратные задачи рассеяния
  • tomography
  • holography
  • dielectric
  • nonlinear media
  • near-field microwave diagnostics
Аннотация (на русском)

Ближнепольное СВЧ зондирование нелинейных подповерхностных объектов

Представлен новый метод ближнепольной диагностики подповерхностных неоднородностей, обладающих нелинейным откликом на гармониках зондирующего сигнала, основанный на решении обратной задачи ближнепольного рассеяния. В этом методе для восстановления трехмерной подповерхностной структуры комплексной диэлектрической проницаемости и нелинейной восприимчивости зондируемого объекта (томография) могут использоваться данные многочастотных или импульсных измерений, получаемые с помощью сканирующей приемно-передающей системы в бистатической конфигурации. В данной статье демонстрируются результаты зондирования импульсным моносинусовым сигналом кремниевых объектов в песчаной среде. Материалы статьи были частично доложены на XIII Всероссийской конференции «Радиолокация и радиосвязь».

For citation

Gaikovich K.P., Smirnov A.I., Maksimovitch E.S., Badeev V.A. Near-field microwave sounding of nonlinear subsurface targets // Journal of Radio Electronics. – 2020. – No. 8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2020.8.6

References

  1. Gaikovich K.P. Subsurface near-field scanning tomography // Phys. Rev. Letters. 2007. Vol.98. No.18. P.183902.
  2. Gaikovich K.P., Gaikovich P.K. Inverse problem of near-field scattering in multilayer media // Inverse Problems. 2010. Vol.26. No.12. P.125013.
  3. Gaikovich K.P., Gaikovich P.K., Maksimovitch Ye.S., Badeev V.A. Pseudopulse near-field subsurface tomography // Physical Review Letters. 2012. Vol.108. No.16. P.163902.
  4. Gaikovich K.P., Gaikovich P.K., Maksimovitch Ye.S., Badeev V.A. Subsurface near-field microwave holography // IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2016. Vol.9. No.1. P.74-82.
  5. Gaikovich K.P., Gaikovich P.K., Maksimovitch Ye. S., Smirnov A.I., and Sumin M.I. Dual regularization in non-linear inverse scattering problems // Inverse Problems in Science and Engineering. 2016. Vol. 24. No.7. P.1215-1239.
  6. Gaikovich K.P., Maksimovitch Ye.S., Sumin M.I. Inverse scattering problems of near-field subsurface pulse diagnostics // Inverse Problems in Science and Engineering. 2018. Vol.26. No.11. P.1590-1611.
  7. Gaikovich K.P., Smirnov A.I. Inverse problems of low-frequency diagnostics of the Earth's crust // Radiophysics and Quantum Electronics. 2015. Vol. 58. No.6. P.428-442.
  8. Gaikovich K.P. Left-handed lens tomography and holography // Inverse Problems in Science and Engineering. 2018. https://doi.org/10.1080/17415977.2018.1552953.
  9. Горбачев А.А. Особенности зондирования электромагнитными волнами сред с нелинейными включениями // Радиотехника и электроника. 1996. Т.41. №2. С.152-157.
  10. Мусабеков П.М., Панычев С.Н. Нелинейная радиолокация: методы, техника и области применения // Зарубежная радиоэлектроникаю 2000. №5. С.54-60.
  11. Moss D.J., Ghahramani E., Sipe J.E., van Driel H.M. Band-structure calculation of dispersion and anisotropy in in χ→(3) for third-harmonic generation in Si, Ge, and GaAs // Phys. Rev. B. Condens. Matter. 1990. Vol.41. No.3. P.1542-1560.
  12. Chefonov O.V., Ovchinnikov A.V., Agranat M.B., Fortov V.E., Efimenko E.S., Stepanov A.N., Savel'ev A.B. Nonlinear transfer of an intense few-cycle terahertz pulse through opaque n-doped Si. // Phys. Rev. B. 2018 Vol.98. P.165-206.
  13. Narkowicz R., Siegrist M.R., Moreau Ph., Hogge J.P., Raguotis R., Brazis R. Third-Order Susceptibility of Silicon Crystals Measured with Millimeter-Wave Gyrotron // Acta Physica Polonica. 2011. Vol.119. No.4. P.509-513.