WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Известен трехзеркальный резонатор с гофрированным плоским зеркалом [Данилов Ю.Ю., Кузиков С.В., Павельев В.Г. и др. Компрессия микроволновых импульсов квазиоптическим резонатором с гофрированным зеркалом // Письма в ЖТФ. 2001. Т. 27. № 19. С. 5–10]. Связь с внешним потоком в нем осуществляется за счет дифракции минус первого порядка на гофрированном зеркале, причем центры собственного пучка и внешнего запитывающего пучка, равно как и выходного, лежат в одной плоскости. Недостатком такой компланарной модели является ограничение на геометрию системы в связи с необходимостью обеспечить отсутствие затенения питающего пучка боковыми зеркалами резонатора. Подобных проблем не возникает в случае, когда запитка вынесена из плоскости циркуляции лучей в резонаторе. Однако для этого в силу поляризационных особенностей для большинства приложений необходимо, чтобы число зеркал было четным: в общем случае резонатора с нечетным числом зеркал и боковым вводом энергии собственные поляризационные моды в силу наличия потерь на связь с линией передачи являются неортогональными. В работе предлагается наиболее простой и практически употребительный вариант четырехзеркального резонатора (рис. 2), у которого направление гофра составляет угол 45 с взаимно перпендикулярными плоскостями: центральной и той, в которой происходят ввод и вывод излучения. Рабочей является либо E, либо H поляризация, определяемые относительно гофра.

На примере симметричного четырехзеркального резонатора рассматриваются способы расчета поперечной структуры поля резонатора и численного нахождения собственной добротности рабочей моды резонатора, связанной с диффузией излучения за края зеркал.

В пренебрежении частотной и угловой дисперсией коэффициентов отражения волн от решетки (где – номер дифракционного максимума) для широкого близкого к монохроматическому пучка выводятся соотношения, связывающие амплитуды электрических полей волн на решетке (см. рис. 2) – приходящего от источника и приходящего изнутри резонатора с отраженным внутрь резонатора и отраженным на выход :

1 2

Здесь учтено, что существует разность фаз коэффициентов отражения и на (–1)-ый максимум для волн, приходящих на решетку из разных направлений, зависящая от выбора точки отсчета коэффициентов отражения. В пренебрежении дифракционными и омическими потерями в резонаторе закон сохранения энергии и соотношение взаимности имеют вид:, ; (для волн E поляризации).

Соотношения, подобные (1), в следующих разделах используются для расчета резонансных диплексеров и компрессоров, как на основе высокодобротных, так и на основе низкодобротных резонаторов. Также выводится уравнение для нахождения комплексных собственных частот связанного с линией передачи двухсекционного резонатора с заданными геометрическими параметрами, состоящего из двух связанных посредством общего гофрированного зеркала четырехзеркальных резонаторов, один из которых связан еще непосредственно с линией передачи.

Глава IV посвящена многозеркальным компрессорам импульсов. Для снижения стоимости линейных электронных ускорителей обычно прибегают к сжатию микроволнового импульса перед его вводом в ускорительную секцию. Так, в компрессоре SLED используется трансформация импульса со 180°-ым "скачком" фазы при прохождении через резонансную структуру. Однако полоса мощных микроволновых усилителей с ростом частоты, как правило, сужается, и скорость внутриимпульсной фазовой модуляции их выходного сигнала оказывается все более ограниченной. Приходится искать способы компрессии импульсов с относительно плавной, в частности, линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Причем, одним из способов повышения эффективности компрессии ЛЧМ-импульсов является применение цепочек резонаторов или составных резонаторов, для чего лучше других подходит четырехзеркальный резонатор.

В п.IV.1 вводятся основные характеристики компрессора: КПД – отношение энергии в рабочей части выходного импульса к энергии входного импульса, степень компрессии – отношение длительности рабочей части выходного импульса к длительности входного импульса, который считается прямоугольным, и коэффициент увеличения мощности – произведение степени компрессии и КПД.

В зависимости от соотношения ширины резонансов и расстояния между продольными собственными частотами, резонансные системы условно подразделяются на высокодобротные и низкодобротные (имеются в виду только потери на связь). Так как применительно для компрессоров импульсов оптимальная ширина резонанса имеет тот же порядок, что и частотная полоса сжимаемого сигнала, в случае высокодобротных систем можно пренебречь влиянием всех резонансов кроме основного (или близких основных в случае многорезонаторных компрессоров) на процесс деформации импульса. В случае же низкодобротных систем требуется более строгое описание, принимающее во внимание остальные продольные моды посредством учета конечного коэффициента связи и длины резонансной системы.

Для компрессоров на основе высокодобротного резонатора приводятся известные значения оптимальных параметров входного импульса: длительность, скорость изменения частоты и начальная отстройка частоты от резонансной (для ЛЧМ-импульсов). Для низкодобротных систем на основе резонансной линии задержки приводится метод и результаты выполненного расчета оптимальных параметров. Хотя КПД в консервативном приближении в случае компрессора прямоугольных ЛЧМ-импульсов на основе линии получился ниже, чем для резонаторного компрессора (62.2% против 65.9% для сжатия в четыре раза), данный недостаток может компенсироваться тем, что собственные потери внутри линии почти не сказываются на КПД, в то время как в случае резонатора они могут существенно его снизить. Поле внутри линии в силу большого коэффициента связи намного ниже, а пучок за время входного импульса успевает обойти ее существенно меньшее количество раз.

В п.IV.2 описываются экспериментальные исследования различных модификаций многозеркальных компрессоров, разработанных под частоту излучения 34 ГГц. Подробно рассматривается задача экспериментального нахождения добротностей резонатора: нагруженной, собственной и добротности связи. Предлагается способ разделения добротности связи и собственной добротности, основанный на сравнении стационарных мощностных коэффициентов прохождения системы при включенном резонаторе и выключенном с помощью помещения внутрь него поглотителя, учитывающий конечную априорно неизвестную долю мощности, ответвляемой решеткой внутрь пустого резонатора. Приводятся результаты экспериментов по сжатию ЛЧМ-импульсов в четыре раза, выполненных на четырех различных резонансных компрессорах, среди которых:

1) компрессор импульсов длительностью 90 нс на основе трехзеркального резонатора;

2) компрессор импульсов длительностью 80 нс на основе четырехзеркального резонатора;

3) модифицированный медный вариант компрессора импульсов длительностью 250 нс на основе четырехзеркального резонатора;

4) компрессор импульсов длительностью 11 нс на основе четырехзеркальной резонансной линии задержки (коэффициент связи для нее по мощности был равен 63%).

Продемонстрированный КПД во всех случаях был близок к теоретическому и составлял около 60% для степени сжатия четверки, что соответствует коэффициенту увеличения мощности 2.4.

Также приводится эксперимент по сжатию импульса со скачком фазы на 180 с помощью компрессора на основе четырехзеркального резонатора.

Глава V посвящена диплексерам на основе симметричного четырехзеркального резонатора с двумя гофрированными плоскими зеркалами (рис. 3). Диплексер – это устройство для бинарного объединения и (или) разделения разночастотных сигналов, которое является частным случаем мультиплексера и может быть составным элементом последнего. Для обеспечения высокой частотной селективности используются резонансные мультиплексеры, причем в диапазоне миллиметровых волн для снижения омических потерь и повышения электропрочности целесообразно применять резонаторы квазиоптического типа.

В п.V.1 приводится теория резонансного диплексера. Аналогично получению соотношений (1), выводятся формулы для амплитудных коэффициентов прохождения в резонансный () и нерезонансный () каналы диплексера, учитывающие конечную величину связи и наличие других продольных мод резонатора:

Рис. 3.

Сверху: четырехзеркальный резонатор с двумя гофрированными зеркалами в режиме разделения разночастотных сигналов.

Снизу: частотно-мощностные характеристики диплексера на 140 ГГц, полученные с помощью интегрального измерителя мощности. Горизонтальные кривые: верхняя – мощность на входе; нижняя – мощность на резонансном выходе, когда зеркало 4 резонатора закрыто поглотителем; кривая между ними – мощность в нерезонансном канале при вставленном внутрь резонатора поглотителе. Резонансные кривые – мощностные коэффициенты прохождения и отражения в резонансный (пик) и нерезонансный (провал) каналы диплексера, резонатор в рабочем состоянии.

3 4

Здесь – отстройка частоты от резонансной,, – паразитные потери мощности волны за обход резонатора, – длина резонатора.

Рассматривается проблема фиксированности поляризации, предлагается вариант диплексера со специально подобранной ориентацией гофра решеток, способный функционировать на любой поляризации излучения.

В п.V.2 описывается эксперимент по разделению разночастотных сигналов с помощью диплексера на 34 ГГц. Четырехзеркальный резонатор имел длину обхода 80 см, радиационную и собственную добротности 2000 и 50000 соответственно. Ширина резонансных кривых для коэффициентов прохождения диплексера составляла 20 МГц по половинному уровню мощности. Потери внутри резонатора на резонансной частоте не превышали 10%.

В п.V.3 описывается эксперимент с диплексером на 140 ГГц, предназначенным для сканирования пучка гиротрона в зеркальной линии передачи излучения стелларатора W7-X, функционирующей при нормальном атмосферном давлении. Резонатор имел длину 240 см, дифракционную эффективность решеток 22%, которые были выбраны из условия обеспечения необходимой ширины резонансных кривых диплексера для переключения пучка между выходными каналами путем электрического управления частотой гиротрона в малых пределах и условия обеспечения приемлемой величины максимально возможного контраста между каналами при как можно меньшей амплитуде поля внутри резонатора. Соответствующие ширина резонансной кривой по половинному уровню мощности была 10 МГц, свободный частотный интервал между соседними резонансами – 125 МГц. На рисунках 3 и 4 приведены результаты "холодного" эксперимента по сканированию гауссова пучка. Для имитации гиротронного пучка использовался гофрированный рупор и одно наклонное зеркало с глубоким эллипсоидным профилем. Всего было задействовано 11 зеркал. Собственная добротность резонатора составила более 500103 при радиационной добротности 14103. Хороший контраст (лучше, чем 1:10) между каналами достигался при изменении частоты на 25 МГц. На резонансной частоте завышение мощности в нерезонансном канале и занижение ее в резонансном на величину 4% (рис. 3) объясняются примерно в равной степени конечной полосой источника излучения и неполным согласованием входного пучка с рабочей модой резонатора.

Недавно были проведены горячие – на мощности до 0.7 МВт – испытания данного диплексера на гиротронном комплексе стелларатора W7-X (Германия). В одном из экспериментов частотная модуляция – около 200 МГц за

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»