ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СО СВЯЗАННЫМИ КОЛЬЦЕВЫМИ РЕЗОНАТОРАМИ

April 29, 2012 by admin Комментировать »

Афонин Д. Г., Малышкин А. К. Физический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова ГСП-2, Ленинские Гэры, Москва – 119992, Россия Тел. (095) 939-2094, e-mail: afonin@phys.msu.su

Аннотация – Работа содержит результаты экспериментальных исследований электродинамической системы,, состоящей из двух металлических блоков связанных кольцевых резонаторов. В эксперименте использована автоматизированная установка, разработанная для изучения таких систем в миллиметровом диапазоне длин волн. В результате получены графические изображения спектральных характеристик, вычислены значения добротности возбуждающихся типов колебаний.

I.  Введение

В задачах о взаимодействии электромагнитного поля с веществом (потоком электронов) основную роль играет структура поля, для формирования которой используются соответствующие электродинамические системы. В миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах в качестве таких систем используются открытые и закрытые резонаторы, имеющие размеры, превышающие рабочую длину волны. Принцип каскадного соединения резонаторов позволяет увеличивать эффективность взаимодействия электромагнитного поля с электронами и создавать генераторы и усилители СВЧ- диапазона. Дальнейшие исследования новых типов резонансных систем позволяют оценить перспективы их использования. В связи с этим электродинамические характеристики таких связанных многорезонаторных систем (частотный спектр, распределения поля и добротность типов колебаний) представляют несомненный интерес [1].

Рис. 2. Изображение спектра системы.

II.  Основная часть

Данная работа посвящена исследованию в миллиметровом диапазоне электродинамической системы, изображенной на рис. 1. Исследуемый образец

Рис. 1. Исследуемая система.

Fig. 1. System to be studied

представляет собой две одинаковые структуры, изготовленные из меди. Внутри каждой и них расположена периодическая система, состоящая из полуколь- цевых резонаторов прямоугольного поперечного сечения. Возбуждение колебаний в системе и вывод энергии осуществлялись в поперечном направлении через отверстия связи в резонаторах. Один из блоков резонаторов имел возможность перемещаться вдоль оси системы, в результате чего происходило возбуждение одного, двух, трех и т. д. кольцевых резонаторов. Изменяя расстояние L между блоками структуры, можно было менять и анализировать условия резонанса в связанной системе.

В процессе исследования использована автоматизированная экспериментальная установка, предназначенная для изучения резонансных систем в миллиметровом диапазоне длин волн [2]. Использование комплексных компьютерных методик позволяет представлять электродинамические характеристики исследуемой системы в различной графической форме.

Система эффективно возбуждалась на длине волны Х=2 мм даже при значительном раздвижении резонаторных блоков. Для случая одного кольцевого резонатора зависимость коэффициента передачи от расстояния между блоками (L) в условнографической форме представлена на рис. 2. Из рисунка видно, что спектр связанных резонаторов – последовательность типов колебаний, возбуждаемых при изменении L, быстро разрежался при увеличении L; затем возбуждался лишь один поперечный тип колебаний.

Fig. 2. Image of the system spectrum

Максимальное значение добротности колебаний в системе достигало величины 103, с ростом L в итоге уменьшаясь на порядок. Такое падение добротности объясняется ростом дифракционных потерь, в том числе и на увеличение связи между отдельными резонаторами.

При переходе в более длинноволновой диапазон с X =4н-6 мм (53н-78ГГц) система возбуждалась уже не так эффективно. Частотный спектр системы, позволяющий наблюдать форму резонансных кривых колебаний, представлен на рис. 3. В этом случае коэффициент передачи сигнала невысок; на рисунке становятся заметны шумы, однако максимальная добротность остается на уровне 103.

Рис. 3. Изображение спектра системы.

Fig. 3. Image of the system spectrum

Комбинируя различные виды измерений, установка позволяет получать и более наглядный вид спектра системы – трехмерное цветное изображение, представленное в качестве примера на рис. 4. В этом случае можно одновременно анализировать зависимость коэффициента передачи от двух параметров -частоты и расстояния между частями системы.

Рис. 4. Трехмерное изображение спектра системы. Fig. 4. 3D image of the system spectrum

III.  Заключение

Таким образом, в работе приведены результаты исследования электродинамической системы со связанными кольцевыми резонаторами и представлены наглядные изображения спектральных характеристик такой системы.

IV.  Список литературы

[1]    Иванников В. И., Черноусое Ю. Д., Шеболаев И. В. “Свойства связанных резонаторов". Радиотехника и электроника, N2, 2000 г., с. 180.

[2]    Афонин Д. Г., Малышкин А. К. "Автоматизированная установка с управлением частотой для исследования резонансных систем в миллиметровом диапазоне". Приборы и техника эксперимента, 1999, с.81-85.

ELECTRODYNAMIC SYSTEM WITH COUPLED RING-SHAPED RESONATORS

Afonin D. G., Malyshkin A. K.

Faculty of Physics, Moscow State University

GSP-2, Leninskie Gory, Moscow – 119992, Russia

Tel.: (095)939-2094, e-mail: afonin@phys.msu.su

Abstract – This paper contains the results of experimental investigations of the electrodynamic system that consists of two metallic blocks of coupled ring-shaped resonators. The automatic setup developed for investigations of such systems was used in experiments. As a result, graphic images of spectral characteristics were obtained, and the Q-factor values were calculated for excited oscillation types.

I.  Introduction

In the problem of the electromagnetic field interaction with the material (electron beam) the structure of the field plays important role. For the formation of this structure corresponding electromagnetic systems are used. In millimeter and submillimeter bands open and closer resonators are used, with dimensions larger than the working wavelength. The principle of cascade combination of resonators allows increasing the effectiveness of the electromagnetic field interaction with the electrons and creating generators and amplifiers of UHF band. Further investigations of new type resonance systems allow estimating the perspectives of their use.

II.  Main part

This work is devoted to the investigations in millimeter wave band of electrodynamic system, presented at Fig. 1. The sample under investigation represents two identical structures made of copper. There is a periodic structure made of semi-ring resonators of rectangular cross-section inside each of them. Changing the distance L between structure blocks, one can analyze the resonance conditions in the coupled system.

In the investigation process the automatic setup was used, developed for investigations of resonance systems in the millimeter wave band [2]. Using of complex computer methods allows presenting electrodynamic characteristics of the system under study in different graphical form.

The system was effectively excited at the wavelength 1=2 mm even at considerable moving of the resonance blocks. For the case of one ring-shaped resonator, the dependence of the transmission coefficient on the distance between blocks (L) is presented at Fig.2 in conditionally graphical form. It is seen from the figure, that the spectrum of the coupled resonators is the consecution of oscillation types, excited at changing of L, rarefies rapidly with increasing L; then only one transverse oscillation type was excited.

The maximum value of the oscillations Q-factor in the system reached 103, and finally decreased by the order of magnitude while L increased. This fall of the Q-factor is explained by the diffraction losses growth, also for the increasing of coupling between single resonators.

At changing to more long-wave band with Х=4н-6 mm (53-^78 GHz) the system was excited in not so effective way. The frequency spectrum of the system, that allows observing the form of oscillation resonance curves, is presented at Fig. 3. In this case the signal transmission coefficient is not high; the noise becomes visible in the figure, although the value of the Q- factor remains around 103.

By combination of different types of measurements, the setup also allows obtaining more pictorial image of the system spectrum – the 3D color picture that is presented as an example at Fig. 4. In this case one can analyze the transmission coefficient dependence on two parameters – the frequency and the distance between parts of the system.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты