о возможности УПРАВЛЕНИЯ СПЕКТРАЛЬНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ОТКРЫТЫХ РЕЗОНАТОРОВ С МЕТАЛЛОДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ НЕОДНОРОДНОСТЯМИ

February 6, 2013 by admin Комментировать »

Воробьёв Г. С., Петровский М. В., Журба В. О., Крутько Ю. А. Сумский государственный университет ул. Римского-Корсакова, 2, г. Сумы, 40007, Украина тел.: (0542)-39-23-72, e-mail: vp@sumdu.edu.ua

Аннотация – Исследованы основные свойства открытых резонаторов (ОР) без неоднородностей как базовых систем. Определено влияние диэлектрических неоднородностей, в виде диэлектрических призм (ДП), и металлических неоднородностей, представляющих собой ленточные дифракционные решетки (ДР), на спектральные и резонансные характеристики базовых ОР.

I.                                       Введение

в электронике и технике миллиметровых и суб- миллиметровых волн в качестве резонансных систем широкое применение нашли сфероидальные и полусферические ОР с гладкими зеркалами, являющиеся важнейшими элементами целого ряда устройств [1]. Общие свойства таких ОР достаточно подробно описаны в литературе, однако в каждом конкретном случае их применения требуются дополнительные как экспериментальные, так и теоретические исследования.

Применение ОР в качестве резонансной системы реальных приборов, использующих дифракционный и дифракционно-черенковский механизмы возбуждения колебаний, предполагает наличие в их объеме периодических металлических и металлодиэлектрических неоднородностей, на которых происходит трансформация энергии поверхностных волн в энергию излучения [2]. В связи с этим определение электродинамических свойств ОР, при внесении в их объем различного рода неоднородностей, приобретает самостоятельную задачу, решение которой позволит дать рекомендации по оптимизации выходных параметров таких устройств.

II.                              Основная часть

в данной работе, в качестве базовых резонансных систем исследовались сфероидальный и полусферический ОР. Сфероидальный ОР образован сферическими зеркалами с радиусом кривизны Я?=190 мм и апертурой /\=60 мм. В случае полусферического ОР одно из зеркал выполнялось плоским. В качестве диэлектрических неоднородностей использовались прямоугольные ДП из фторопласта с относительной диэлектрической проницаемостью ε=2.05 и поликора ε=10, что обусловлено их малыми потерями в КВЧ диапазоне волн. При исследовании ОР с периодической металлической неоднородностью применялись одиночная и сдвоенная ДР. Возбуждение ОР осуществлялось на проход со стороны сферического зеркала. Исследуемая система вкпю- чалась в стандартную измерительную схему, используемую при аналогичных измерениях [2]. Для определения особенностей описанных электродинамических систем исследовались спектры колебаний и резонансные кривые ОР в диапазоне частот 69-80 ГГц. При этом базовыми являлись измерения аналогичных характеристик одиночных сфероидального и полусферического ОР.

Экспериментально полученные спектры резонансных частот, при изменении расстояния между зеркалами Н сфероидального и полусферического ОР, характеризуют возможность возбуждения в данных резонансных системах ограниченного количества колебаний, основным из которых является ТЕМооц – тип. Установлено, что уменьшение частоты возбуждения системы /’приводит к увеличению Н, а увеличение f к уменьшению Н для возбуждения основного типа колебания. Данные результаты подтверждаются аналитическими расчетами спектра резонансных частот, проведенными согласно векторной теории ОР [3]. Измерение резонансных кривых базовых ОР показало, что в спектре присутствуют высокодобротные колебания, которые соответствуют основной моде. Добротность таких колебаний повышается при увеличении Н из-за увеличения резонансного объема.

Введение в объем ОР диэлектрических неоднородностей в виде ДП приводит к изменению пространственного распределения полей, возбуждаемых типов колебаний, это выражается в сдвиге спектра колебаний в сторону меньших расстояний между зеркалами. При этом, величина сдвига зависит как от толщины ДП, так и от значений относительной диэлектрической проницаемости материала призмы. Таким образом, внесение ДП в ОР уменьшает эффективное значение /-/для возбуждаемого основного типа колебания. Полученные результаты коррелируют с высокой степенью точности с расчетами спектра резонансных частот ОР с ДП, проведенными на основе векторной теории [3], что указывает на ее адекватность для анализа реальных систем. Также установлено, что изменение расстояния от ДП до зеркал резонатора, определяющее её положение в объеме ОР, не изменяет спектр колебаний и не влияет на величину его сдвига. Наряду с этим, также обнаружено, что при внесении ДП в ОР может наблюдаться повышение амплитуды колебания основного типа, с увеличением относительной диэлектрической проницаемости призмы для TEMooq моды. Для призм из поликора в спектре ОР присутствуют колебания, добротность которых превосходит добротность базовой системы в несколько раз, что указывает на перспективность использования диэлектриков с высоким значением ε для получения колебаний с аномально высокой добротностью.

При введении в сфероидальный ОР одиночной ленточной ДР образуется связанная система через дифрагированное на ленточной решетке поле. Дифракционная решетка делит объем ОР на два полусферических ОР, что подтверждается путем сравнения резонансных кривых базового полусферического резонатора и сфероидального резонатора с полупрозрачной ДР в центральной части, при удвоенном расстоянии между зеркалами ОР. Ленточная ДР осуществляет связь двух полусферических ОР с одновременной фильтрацией углового спектра плоских волн, возбуждаемых в системе. Это приводит к возбуждению ОР практически на одной частоте в исследуемом диапазоне, что обусловлено селективными свойствами используемой ДР. Установлено, что максимальная амплитуда колебаний в связанных ОР реализуется для равных расстояний между зеркалами резонатора и ленточной ДР, т. е. при настройке их на одинаковые частоты.

Введение в сфероидальный ОР сдвоенной ленточной ДР, приводит к образованию многосвязной системы, в результате чего наблюдается увеличение ширины спектральной кривой, по отношению к базовому ОР. Так, в частности для случая возбуждения со стороны одного из зеркал, при оптимальной настройке двух связанных через ленточные ДР полусферических ОР, ширина резонансной кривой составляет А/^0.5ГГц. При экспериментальном моделировании волновых процессов в системе связанного ОР, со сдвоенной ленточной ДР, по методике описанной в [2], возбуждение системы происходило планарным диэлектрическим волноводом, который заменял электронный поток реального прибора. Такой подход позволил обнаружить ряд особенностей исследуемой системы. Измерение резонансных кривых связанных ОР со сдвоенной ленточной ДР показало, ЧТО при оптимальной настройке расстояний между сферическими зеркалами и плоскостью ленточных ДР, ширина резонансной кривой составляет Δ/“1.2 ГГц, а в случае их настройки на близкие частоты полоса пропускания такой системы может достигать АР=2А ГГц.

III.                                  Заключение

в работе обобщены результаты экспериментального исследования сфероидального и полусферического ОР. Для таких систем получены спектральные и резонансные характеристики колебаний и проведено их сравнение с теоретическим расчетом. Исследовано влияние диэлектрических неоднородностей на свойства базовых ОР. Установлено, что путем изменения толщины диэлектрика и значений диэлектрической проницаемости ДП возможно эффективно управлять свойствами ОР: спектром резонансных частот, режимами затухания энергии в ОР либо увеличения амплитуды колебаний и их добротности.

Проведенные исследования электродинамических свойств связанных ОР показали, что такие системы обладают значительно более широкой полосой пропускания, по сравнению с одиночными ОР.

Данные результаты указывают на перспективность использования выше описанных систем при создании широкополосных генераторов и селективных устройств КВЧ диапазона волн.

IV.                           Список литературы

[1]  Техника субмиллиметровых волн / Под ред.

Р. А. Валитова. – М.: Сов. радио. – 1969. – 480 с.

[2]  Генераторы дифракционного излучения / Под ред. Шес- топалова В. П. – К.: Наук. Думка, 1991. – 320 с.

[3]  Cullen А. L. Millimeter-wave open-resonator techniques // International Journal of Infrared and Millimeter Waves. – 1983.-Vol.10-P. 233-281.

ON CONTROL POSSIBILITY OF OPEN RESONATORS’ SPECTRAL CHARACTERISTICS

Vorobiyov G. S., Petrovsl<iy iVi. V.,

Zliurba V. O., Krutl<o Y. A.

Sumy State University

2,         Rymskl-Korsakov Str, Sumy, 40007, Ukraine e-mall: vp@sumdu.edu.ua

Abstract – Basic properties of the open resonators (OR) without discontinuities are investigated as base systems. Influencing of dielectric discontinuity is specified as dielectric prisms (DP), and metallic discontinuity, being band diffraction grating (DG), on spectral and resonance property of base OR.

I.                                        Introduction

Application of OR, as a resonant system of the real devices using diffraction and diffraction-Cerenkov mechanisms of excitation of fluctuations, assumes presence in their volume periodic metal and metal-dielectric heterogeneities on which there is a transformation of energy of superficial waves in radiation energy [2]. In this connection, a definition of OR electrodynamic properties, at entering into their volume of heterogeneities of various types, gets an independent problem which decision will allow giving the recommendation for optimization of target parameters of such devices.

II.                                       Main Part

In the given work, spheroidal and hemispherical OR’s were investigated as base resonant systems. Rectangular DP made of Teflon and Polybark with relative dielectric permeability e=2.05 and e=10, correspondingly, were used as dielectric heterogeneities. Single and doubled DG’ were used for research of OR with periodic metallic discontinuity. The spectrums of oscillation and resonance curves of OR were investigated in the range of frequencies 69-80 GHz for determination of features of the described electrodynamics systems.

Measuring of resonance curves of base OR showed that there are high-durable oscillations corresponding with a basic mode in a spectrum.

Introduction to the volume of OR dielectric discontinuity as DP causes the change of the spatial distributing field, excited types of oscillations, it is expressed in the change of spectrum of oscillations toward less distances between mirrors.

When leading a single-band DP into a spheroidal OR, the connected system is formed via a field diffracted on a tape lattice

The band DG carries out connection of two hemispheric OR’s with simultaneous filtration of angular spectrum of flat waves excited in the system. It results in OR excitation practically at one frequency in a studied range, it is caused by selective properties of used DG.

Measurement of resonant curves connected OR with dual tape DG has shown that at optimum adjustment of distances between spherical mirrors and a plane tape DG, the width of a resonant curve makes Ari2GHz, and in case of their adjustment on close frequencies the passband of such system can achieve АГ2.4 GHz.

III.                                      Conclusion

Influence of dielectric heterogeneities is investigated upon properties of base OR. It is established, that by change of dielectric thickness and values of dielectric permeability DP it is possible effectively operate OR properties: a spectrum of resonant frequencies, modes of attenuation of energy in OR or increases of amplitude of fluctuations and their good qualities. The carried out researches of electrodynamic properties of connected OR have shown that such systems have considerably wider passband, in comparison with single OR.

The given results specify availability of use above the described systems when creating broadband generators and selective devices of EHF wave band.

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