ПРОТОТИП КОЛЬЦЕВОГО РЕЗОНАТОРА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ УЗЛОВ ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ СВЧ И КОМПОНЕНТОВ ЛИНИЙ ПЕРЕДАЧ

April 1, 2012 by admin Комментировать »

Богдашов А. А.1, Денисов Г. Г.1, Луковников Д. А.1, Родин Ю. В, Хиршфельд Дж.2 1 Институт прикладной физики РАН, ул. Ульянова, д. 46, Нижний Новгород – 603950, Россия Тел.: +7(8312) 164736; e-mail: rodin@sandy.ru

Омега-Р, 202008 Yale Station, New Haven, CT 06520, USA

Аннотация – Представлен прототип кольцевого резонатора с рабочей модой ТЕ01 круглого волновода на частоте 34.272 ГГц. В резонаторе с суммарной длиной ~ 2 метров использовались уголки с плоскими зеркалами, имеющие малые потери <1 %. Максимальный измеренный коэффициент увеличения мощности 35 при добротности резонатора 21400. В режиме максимального увеличения СВЧ мощности коэффициент отражения от резонатора составил <1%. Измерения выполнены с использованием синтезатора частот РГ5-29. Выходная мощность запитывающего генератора ~20мВт, нестабильность частоты синтезатора ±1 х10′6.

I.  Введение

В последнее время продемонстрированы значительные результаты по увеличению выходной мощности электронных приборов миллиметрового диапазона излучения (гиротроны – 80 – 170 ГГц, свыше 1 МВт в непрерывном режиме), (релятивистские кар- синотроны – 34 ГГц, >1.5 ГВт, 50 – 60нс), (магникон – 34 ГГц, 40 МВт, 500 нс). К практическим приложениям данных приборов можно отнести: управляемый термоядерный синтез (УТС), ускорительную технику, радиолокацию и связь, обработку материалов и плазмохимию.

Для обеспечения технических параметров современных электронных приборов и линий передач проводятся тестовые испытания узлов и компонентов: барьерных окон, преобразователей мод, волноводных уголков, откачных портов, фазовращателей и т. п.

Основным требованием, предъявляемым к данным элементам, является высокий коэффициент передачи (90…99.5%) на высоком уровне проходящей мощности. Достижение высокой интенсивности поля для тестирования элементов при умеренной мощности питающего генератора возможно в кольцевом резонаторе за счёт эффекта резонансного накопления [1].

В докладе представлен прототип кольцевого резонатора для тестовых испытаний СВЧ компонентов.

II.  Основная часть

Схема резонансного кольца показана на Рис.1. Рабочая волна резонатора – TE°oi, распространяющаяся в сверхразмерном круглом волноводе, обладает малыми омическими потерями. Для повышения добротности резонансного кольца использованы высокоэффективные волноводные уголки с малыми потерями <1% (включая омические и дифракционные) [2]. Кольцевой резонатор состоит из волноводных секций, соединенных между собой четырьмя волноводными уголками 8. Резонатор изготовлен из сплава Д16Т. Мода ТЕюп, стандартного волновода преобразуется с помощью адиабатического перехода 2 в волну ТЕ°11 волновода, а затем с помощью преобразователя Марье 3 в волну TE°oi . Конические переходы 4 с преобразователями 5 использовались в запитывающем и измерительном каналах для со

гласования распределения поля на перфорированных зеркалах 6 с собственной модой резонатора. Ответвляющее зеркало изготовлено из латуни. Зеркало, перфорированное круглыми отверстиями, обеспечивает оптимальную связь резонатора с запитывающим и измерительными каналами.

Коэффициент увеличения мощности поля внутри резонатора определяется по формуле [3]:

1   – синтезатор частоты РГ5-29;

2   – ТЕ10 => ТЕ11 волноводный преобразователь;

3   – ТЕ11 => ТЕ01 волноводный преобразователь;

4   – ТЕ01 волноводный переход;

5   -ТЕ0=>ТЕ01 +ТЕ02 волноводные преобразователи;

6   – ответвляющее зеркало;

7   – устройство для настройки частоты;

8   – плоское зеркало волноводного уголка;

9   – ТЕ01 круглый волновод;

10   – тестируемый компонент;

11   – СВЧ детектор; 12 – СВЧ нагрузка;

13 – цифровой вольтметр.

Рис. 1. Схема резонансного кольца.

Fig. 1 Diagram of a resonant ring

Результаты измерений параметров кольцевого резонатора представлены на Рис. 2.

III.  Заключение

В докладе представлены результаты исследования кольцевого резонатора с бегущей TEoi волной на малом уровне мощности. Получено 35-кратное повышение мощности бегущей волны по сравнению с уровнем мощности питающего СВЧ генератора. Экспериментальные результаты подтверждают высокую

эффективность волноводных уголков. Измеренный коэффициент отражения от резонатора на рабочей частоте 34.272 ГГц в режиме максимального увеличения мощности составил <1%. Добротность резонатора -21400. В перспективе предполагаются испытания кольцевого резонатора на высоком уровне проходящей мощности. В качестве запитывающего СВЧ генератора будет использован магникон с указанными выше параметрами.

Рис. 2. Измеренные коэффициент увеличения мощности в кольцевом резонаторе и коэффициент отражения от него.

Fig. 2. Measured factor of power increase in a ring resonator and factor of reflection from the ring resonator

IV. Список литературы

[1]  Альтман Дж. П. Устройства сверхвысоких частот. М.: Мир, 1968.

[2]  V. L. Belousov, A. A. Bogdashov, G. G. Denisov,

А. V. Chirkov, S. V. Kuzikov. “New Components for TE01 Transmission Lines,” Proc. Int. Workshop Strong Microwaves in Plasmas, Nizhny Novgorod, August 2-9, 1999, Vol.

2,       pp. 943-948.

[3]  G. G. Denisov, M. Yu. Shmelev. Effective Power Input into Quasi-Optical Cavity with Travelling Wave. Int. J. of Infrared and Millimeter Waves, 1991, v. 12, #10, p.1187-1194.

RING RESONATOR PROTOTYPE FOR HIGH-POWER TESTS OF MICROWAVE COMPONENTS

Bogdashov A. A.1, Rodin Yu. V.1, Denisov G. G.1, Lukovnikov D. A.1, Hirshfield J.2 11nstitute of Applied Physics,

Russian Academy of Sciences 46 Ulyanov Street, Nizhny Novgorod, 603950 Russia

Phone: +7(8312) 164736; e-mail: rodin@sandy.ru

2          Omega-P, 202008 Yale Station New Haven, CT 06520, USA

Abstract – Microwave resonant ring with traveling TE01 wave for high power tests of components was developed. Novel low-loss miter bends with flat mirrors and mode converters were used in the resonator. Low power measurements were carried out – maximum gain factor exceeds 35 at operating frequency 34.272 GHz. Total quality is about 21400. In the case the reflection coefficient from resonator is less than 1 %.

I. Introduction

The resonant ring is used for testing of high power transmission lines and other microwave components. The effect of resonant power accumulation allows emulating high-power tests using an average power microwave source.

II. Main part

The proposed scheme of a resonant ring is presented in Fig.1. The operating wave of the ring is TE01 mode of an oversized circular waveguide. The operating wave of the ring is TE01 mode of an oversized circular waveguide. The mode has zero electric field at the waveguide walls and very low Ohmic losses. This mode is used for microwave transmission to accelerator structures and also the most advanced window designs are based on the use of this mode. Recently a low-loss miter bend operating with this mode was developed [1]. The test showed the total loss in the bend about 1% including Ohmic and diffraction loss. The ring consists of the waveguide sections joined by four miter bends. Miter bends are equipped by additional holes for stray radiation output. It was made of aluminum alloy. The fundamental TE10 mode of rectangular guide was transformed consequently into the TE11 one of circular waveguide, then into the TE01 operating mode by the Marie transducer. Up-tapers and mode converters were used in feeding unit and measuring channel for efficient field pattern coupling to resonator Eigen mode. Low power tests were carried out with microwave frequency synthesizer. The output power level is about 20 mW, and frequency instability is ±1-1 O’6. The transmitted microwave power was measured by the detector in the coupled measuring channel.

The gain factor and reflection coefficient of empty resonator were measured with 1 MHz frequency step. At the coupling of 3% we reached the reflection coefficient from the empty resonator at frequency 34.272 GHz is 0.3%. And the gain factor is 35. Lorenz form fitted the resonance curve. Resulting quality factor is 21400.

III. Conclusion

The experiments with resonant ring prototype have shown high quality and resonant gain factor. Resonant rings based on the presented prototype can be used for tests of various microwave units and components such as barrier windows, mode converters, waveguides, miter bends etc.

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