КОЛЕБАНИЯ ШЕПЧУЩЕЙ ГАЛЕРЕИ В ОТКРЫТОМ ЦИЛИНДРИЧЕСКОМ РЕЗОНАТОРЕ, ВОЗБУЖДАЕМОМ ЕМКОСТНОЙ ЩЕЛЬЮ

January 27, 2013 by admin Комментировать »

Кириченко А. Я., Кривенко Е. В., Луценко В. И.

Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины ул. Ак. Проскуры, 12, г. Харьков, 61085, Украина тел.: (057) 7448593, e-mail: lutsenko@ire.kharkov.ua

Аннотация – Рассмотрена возможность возбуждения колебаний шепчущей галереи при помощи емкостной щели в открытом цилиндрическом резонаторе. Исследована структура поля и оптимизировано расположение элемента запитки резонатора. Полученные результаты представляют интерес при разработке устройств измерения влажности природного газа.

I.                                       Введение

Одним из важнейших параметров природного газа является его влажность. Надежное и точное измерение содержания воды в газе позволяет решить ряд коммерческих задач при его транспортировке. Однако на протяжении многих лет эта задача с трудом поддается решению и лишь в последнее время наметились определенные перспективы, связанные с использованием методов диэлектрометрии. При создании измерителей влажности природного газа путем измерения диэлектрических характеристик транспортируемой по трубопроводу рабочей среды актуально решение задачи разработки резонаторов и методов их запитки, которые могли бы достаточно просто вписываться своим конструктивом в разрыв магистрального трубопровода и обеспечивали возможность измерения характеристик непосредственно под теми давлениями, при которых осуществляется транспортировка газа в трубопроводах (примерно

7,5   Мла) и подача из подземных хранилищ газа (ПХГ) (8-16Мпа). В настоящей работе предпринята попытка решения этой задачи.

II.                              Основная часть

Объектом исследования был цилиндрический открытый резонатор. Он был выполнен в виде отрезка трубы кругового сечения, открытой с обоих концов и имел внешний диаметр 2Ro =110мм и внутренний 75мм, высоту 80мм. В центре боковой стенки резонатора располагался зауженный по широкой стенке прямоугольный волновод размерами03*7,2 мм^, который мог поворачиваться относительно своей оси. В таком резонаторе возбуждалась EH^^q мода колебаний (Н – волна), зависящая от времени пропорционально множителю ехр(-/® t), где ® – собственная частота резонатора, т – азимутальный индекс, который составлял 22-25. Добротные колебания в таких резонаторах обусловлены сильным отражением волноводных волн от открытых концов резонатора, причем потери на излучение оказываются малыми [1]. Исследования проводились на колебаниях «шепчущей галереи». Спектр собственных частот открытого цилиндрического резонатора оказался более густой, чем, например, спектр частично экранированного диэлектрического резонатора.

Исследовалось распределение волнового поля в объеме резонатора при помощи метода малой возмущающей неоднородности [2], которая вносилась в поле резонатора. Диаметр пробного тела составлял около 4мм, все измерения проводились в полосе частот 29,3-37ГГц. Изменение амплитуды А резонансного отклика при внесении в поле колебаний пробного тела, приведенное к его наибольшему значению Атах, позволяет судить об амплитуде резонансного поля в выбранной точке на криволинейной поверхности ДР. В качестве примера на рис. 1а приведено распределение поля А по аксиальной координате X для различных азимутальных углов 6> =0;45°;90°;135° ;180°, а на рис.1б распределение поля по азимуту для аксиального сечения.

Рис. 1. Распределение поля собственных колебаний открытого цилиндрического резонатора.

/„=32.22/Тг|,« = 24.8.

Fig. 1. Allocation fields of characteristic vibrations in tlie open cylindrical resonator /„ = 32.22GHz,n = 24.8

Наиболее высокодобротными являются колебания на частотах 32-36 ГГц (нагруженные добротности и 300-500. 1\/1еньшей добротностью обладают колебания на частотах 29-ЗОГГц (добротности «150-300. 1\/1аксимальное поле наблюдается в центральной области резонатора – рис.1 (изменение амплитуды резонансного отклика в данной области при внесении пробного тела составляет и 6dB). У концов резонатора, поле непрерывно переходит в поле излучения (изменение амплитуды < 1.5<Ж).

Ширина пояска поля колебаний S , оцененная по

уровню -ЗдБ от величины максимального возмущения поля, составляла примерно 25-ЗОмм

{81λ«2…3).

Рис. 2. Распределение добротности

собственных колебаний открытого цилиндрического резонатора.

Пд. 2. Allocation quality characteilstic vibrations in the open cylindrical resonator

III.                                  Заключение

в работе экспериментально исследована возможность возбуждения емкостной щелью колебаний «типа шепчущей» галереи в открытом цилиндрическом резонаторе. Исследовано распределение поля, определены зависимости добротности, собственной частоты резонанса от положения возбуждающей щели.

Открытые цилиндрические резонаторы могут иметь различные применения, в частности в качестве ячейки диэлектрометра для измерения диэлектрических характеристик перекачиваемых по трубопроводам сред. Одним из вариантов их применения может являться использование данного резонатора в виде вставки в сечение трубы, по которой осуществляется перекачка жидких и газообразных углеводородов.

Работа выполнена при частичной поддержке НТЦУ по проекту № 2051.

IV.                            Список литературы

[1]  Вайнштейн Л. А. Открытые резонаторы и открытые волноводы // Сов. Радио.-IVI.-1966 Г.-475 с.

[2]  Ю. В. Блудов, А. Я. Кириченко, А. Е. Когут, В. В. Кутузов, В. А. Солодовник. Колебания шепчущей галереи в бочкообразном диэлектрическом резонаторе // Proc. of 8- th International Crimean Microwave Conference CriMiCo’98, 14-17 Sept. 1998, Sevastopol, Crimea, Ukraine, P. 160-161.

OSCILLATIONS OF WHISPERING GALLERY IN THE OPEN CYLINDRICAL RESONATOR RAISED BY THE CAPACITOR CRACK

A.       Ya. Kirichenko, H. V. Krivenko, V. I. Lutsenko Usikov Institute of Radlophyslcs and Electronics National Academy of Sciences of Ukraine

12,      Akademika Proskury Str, Kharkov, 61085, Ukraine Ph.: (057) 7448593, e-mail: lutsenko@ire.kharkov.ua

Abstract – The possibility of excitement of the fluctuations of whispering galleries with the capacitive slot in the open cylindrical resonator is considered. The structure of the field is explored and a location of the element supply of the resonator is optimized. The obtained results are of interest for development of devices for natural gas humidity measurements.

I.                                         Introduction

One of the most important parameters of natural gas is humidity. Reliable and precise methods of water content measurement in gas allow solving a number of commercial problems during gas transportation. However, during many years this problem had been hardly solvable and only nowadays the certain prospects connected with use of dielectrometry methods have appeared.

II.                                        Main Part

The object of research is the cylindrical open resonator. It has been made as a piece of a pipe of a circular section opened from both ends and with external diameter 2Ro =110mm, internal of 75mm, and 80-mm height. Thus, a time- dependent wave of fluctuations Е’Ядю (H – wave) was raised

in our resonator, it is a proportional multiplier exp(-/®/). where ω – own frequency of the resonator, n – azimuthal index which is 22 – 25. The highest Q-fluctuations are at frequencies of 32 – 36 GHz (the loaded quality factors и 300 – 500 ). Smaller quality oscillations are at frequencies 29 – 30 GHz (good qualities и 150 – 300 ). The width of the ring of fields of oscillations is approximately 25 – 30 mm, a little bit extending to an opposite corbel from accommodation powering cracks to the resonator wall.

III.                                       Conclusion

The opportunity of excitation by a capacitor crack of «whispering galleries» oscillation type in the open cylindrical resonator is experimentally studied. Distributions of a field, dependences of quality factors, own frequency of resonance on position of an exciting crack are investigated.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

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