ВЛИЯНИЕ АКСИАЛЬНОЙ И РАДИАЛЬНОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ НА ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЗОНАТОРА С ВОЛНАМИ «ШЕПЧУЩЕЙ ГАЛЕРЕИ»

January 16, 2013 by admin Комментировать »

Лавринович А. А., Черпак Н. Т. Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины ул. Ак. Проскуры, 12, г. Харьков, 61085, Украина тел.: (057) 7203363, e-mail: lavr@ire.kharkov.ua

Аннотация – Приводятся результаты экспериментальных исследований электродинамических свойств дискового квазиоптического диэлектрического резонатора с волнами «шепчущей галереи», нагруженного неоднородностью в виде цилиндра, расположенной в области каустики поля в аксиальном и радиальном направлениях. Показано, что характер поведения зависимостей для частотного сдвига и потерь для НЕ – и ЕН – типа колебания зависит от направления электрической компоненты поля волны, распространяющейся в резонаторе, по отношению к неоднородности.

I.                                       Введение

в последнее время все большее внимание привлекают диэлектрические резонаторы с высокодобротными колебаниями типа «шепчущей галереи». Во многих работах было показано, что они могут успешно применяться как при исследовании импедансных свойств различных материалов, так и диэлектрической проницаемости различного рода жидкостей, в том числе жидкостей обладающих большими потерями [1-2]. Авторами работы [3] были проведены исследования электродинамических характеристик дискового квазиоптического диэлектрического резонатора (КДР) с неоднородностями в виде цилиндрического капилляра, расположенного в области каустики поля резонатора, параллельно его оси, при возбуждении НЕ – и ЕН – типов колебаний. Было показано, что при возбуждении ЕН – колебания наблюдается расщепление резонансной линии (снимается вырождение) уже при малых значениях диаметра неоднородности (d). Это вызывает затруднения в возможном использовании данного типа колебания, возбуждаемого в ДДР при исследованиях диэлектрических свойств различных веществ.

Целью данной работы является изучение электродинамических характеристик ДДР при возбуждении в нем двух типов колебаний (НЕ и ЕН) с неоднородностями, расположенными в аксиальном и радиальном направлениях.

II.                              Основная часть

Исследования электродинамических характеристик КДР проводились при использовании стандартных методов исследования, применяемые авторами раньше [2]. Диапазон исследуемых частот (36,5- 40 GHz) был выбран с учетом параметров резонаторов (с учетом азимутального индекса п). Резонаторы были изготовлены из фторопласта-4 с цилиндрическими отверстиями, расположенными в области каустики поля бегущей волны, одно из которых (аксиальное) параллельно оси ζ резонатора (см. вставку (а) на рис.1), второе (радиальное) – направлено от боковой поверхности вдоль радиуса ДДР (см. вставку (Ь) на рис.1). Для возбуждения в резонаторе волны ШГ применялся зеркальный диэлектрический волновод (ДВ), связь которого с резонатором была минимальной. Исследования характеристик резонаторов проводились с использованием жидкостей с большими потерями (этиловый спирт, вода) и металлических стержней соответствующих диаметров, которые размещались в капилляре (d=0-2.6 мм), а затем помещались в аксиальное или радиальное отверстия резонаторов (D=3.9mm). Изменение поляризации волны (НЕ или ЕН) осуществлялось поворотом ДВ на 90 градусов по отношению к оси ζ. Для удобства анализа полученных результатов, производилась регистрация частотного сдвига Af = fiiq-fair и измерялись потери в резонаторе на проход ΔΑ = Aiq-Aair.

Результаты измерения частотного сдвига Af и потерь ΔΑ в зависимости от диаметров капилляра d, заполненного исследуемым веществом для аксиального и радиального их расположения, с возбуждением в резонаторе волн (НЕ) ζ и (ЕН) г, соответственно, представлены на рис.1 и 2. Индексы указывают координатную ось, вдоль которой расположен капилляр в резонаторе с исследуемым веществом.

Рис. 1. Зависимость смещения частоты Af от диаметра капилляра d с разным заполнением (1- этиловый спирт, 2- вода, 3- металл) для двух типов волн: НЕ и ЕН.

Fig. 1. Frequency shift Af dependence upon capillary diameter d with different filling (1- ethyl alcohol, 2- water, 3- metal) for two, namely, HE and EH modes

Из рис.1 видно, что характер поведения зависимостей частотного сдвига Af от диаметра капилляра при его заполнении разными веществами, когда в ДДР возбуждаются НЕ- тип колебания, а вектор электрического поля Е имеет преимущественное направление вдоль капилляра, идентичен характеру поведения Af для ЕН- колебания при тех же условиях расположения капилляра по отношению вектора электрического поля Е. Видно, что с увеличением d наблюдается некоторое отличие по абсолютному значению Af для (ЕН) г, что можно объяснить достаточно сильным возмущением поля резонатора неоднородностью в виде исследуемых веществ, что было раньше показано в работе [3]. При этом следует также учитывать размер каустики поля, его структуру, а

также высоту КДР, которые могут оказывать влияние на его характеристики.

Следует отметить, что в случае капилляра с водой для (ЕН) г – волны наблюдается тот же эффект изменения знака частотного сдвига, что и для (НЕ) ζ

–   волны [3-4].

Как и для частотного сдвига, для потерь ΔΑ (рис.2) также наблюдается достаточно неплохое совпадение для разных типов колебаний – (НЕ) ζ и (ЕН) г.

Рис. 2. Зависимость потерь резонатора ЛА от диаметра капилляра d с разным заполнением (1этиловый спирт, 2- вода, 3- металл) для двух типов волн: НЕ и ЕН.

Fig. 2. Dependence of resonator ioss АЛ upon capiiiary diameter d with different fiiiing (1-ethyi aicohoi, 2-water, 3-metai) for two, nameiy, HE and EH modes)

При расположении капилляра в резонаторе, когда вектор электрического поля Е направлен перпендикулярно его оси, наблюдается расщепление резонансных зависимостей по частоте (снимается вырождение) уже при малых значениях диаметра капилляра как для НЕ-, так и для ЕН – типов колебаний. Как и в случаях, рассмотренных выше, здесь также имеет место корреляция между зависимостями (НЕ) г M(EH)z.

III.                                  Заключение

в работе проведены исследования влияния аксиальной и радиальной неоднородностей на электродинамические характеристики КДР при возбуждении в нем волн ШГ. Показано, что на спектр резонатора оказывают влияние как диаметр неоднородности в виде цилиндрического капилляра, так и его положение относительно вектора электрического поля Е. Обнаружено, что наблюдается корреляция, а при малых значениях d и совпадение значений частотного сдвига Af и потерь ΔΑ для НЕ- и ЕН- типов колебаний, когда вектор электрического поля Е параллелен или перпендикулярен оси капилляра.

Этот факт расширяет возможности применения КДР с волнами ШГ при исследованиях свойств различных материалов, в том числе и жидкостей с большими потерями.

[1] CherpakN. Т., Kirichenko А. Ya. Behaviour of quasi-optical dielectric resonator with high-Tc superconductor in the temperature range 10-300K// Cryogenics. -1991. -31. № 5. – P. 384-387.

[2] Губин A. И., Лавринович A. A., Черпак Η. Т. Диэлектрические резонаторы с волнами шепчущей галереи в исследованиях бинарных растворов малих объемов // УФЖ.

[3] Лавринович А. А., Филиппов Ю. Ф., Черпак И. Т. Спектральные свойства дискового квазиоптического диэлектрического резонатора с неоднородностью в виде капилляра с водой. Радиофизика и электроника.- Харьков: Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. 2004, т.8,

№ 3, С. 496-502.

[4] Lavrinovich А. А., Kirichenko А. Ya., Filipov Yu. F. et. al. Spectral properties studies of disc quasi-optical dielectric resonator with a liquid-filled capillary // Proc. of 14-th International Crimean Conference «Microwave & Telecommunication Technology» (CriMiCoO4, 11-15 Sept. 2004, Sevastopol, Crimea, Ukraine), pp. 709-710.

EFFECT OF AXIAL AND RADIAL INHOMOGENEITIES ON ELECTRODYNAMIC PROPERTIES OF WHISPERING GALLERY MODE DIELECTRIC RESONATOR

Lavrinovich A. A., Cherpak N. T.

A. Ya. Usiiiov institute for Radiophysics and Eiectronics Nationai Academy of Science of Ui<raine

12, Acad. ProsiKura Str, Khari<iv, 61085, Ui<raine

Ph.: (057) 7203363, e-maii: iavr@ire.i<harl<ov.ua

Abstract – Results of electrodynamic properties study of whispering gallery mode dielectric resonator (quasi-optical dielectric resonator) loaded with inhomogeneity in the form of cylinder located in caustic area of field in axial and radial directions are presented. Behavior of frequency shift and loss for HE and EH modes has been shown dependencies upon the direction of electric field component of wave propagated in resonator with respect to inhomogeneity.

I.                                        Introduction

The present work is aimed to study electrodynamic properties of quasi-optical dielectric resonator (QDR) with inhomogeneities located in axial and radial directions, when exciting HE and EH modes in it.

II.                                       Main Part

Studies of electrodynamic properties of QDR were carried out using standard measurement techniques used by authors earlier [2]. The studies were performed applying lossy liquids (ethyl alcohol and water) and metal rods of corresponding diameter. Measurement results of frequency shift Af and loss ΔΑ depending on diameter d of capillary filled with substance under test are presented in Fig.1 and 2 for axial and radial location of capillary when exciting (HE) z и (EH) r modes, respectively.

III.                                      Conclusion

We have observed the correlation, and coincidence even at small d values, for values of both frequency shift Af and loss ΔΑ for HE and EH modes, when vector E of electric field is parallel or perpendicular with respect to capillary axis.

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