WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ, СОСТОЯЩИЕ ИЗ ОР И ДИЭЛЕКТРИКА Исследован ряд систем, основными элементами которых являлись ОР и диэлектрический цилиндр. Диэлектрик был изготовлен из тефлона и имел tg=2.05 в исследуемом диапазоне. Вначале была рассмотрена наиболее простая система, состоящая из диэлектрического цилиндра и сферического зеркала. Анализ спектральных характеристик показал, что данная система сочетает в себе как свойства волновода, так и резонатора. При этом полученные распределения полей в зазоре диэлектрик-зеркало дают качественную картину преобразования колебаний в системе. Введение второго зеркала в систему (Рис. 2 ) позволило значительно увеличить резонансной объем всей системы, что привело к расширению свойств характерных в большей степени для ОР. Так, по мере l L раздвижения зеркал на расстояние, необходимое для преобразования колебаний в системе, d величина добротности меняется от Q=300-до Q=900-1500. Исходя из форм распределения поля исследованных типов колебаний, а также Рис. 2 ОР с диэлектрирассчитанных длин волн можно сделать вывод, ческим стержнем что колебания в системе ОР с диэлектрическим стержнем носят гибридный, промежуточный характер вследствие преобразования колебаний в зазоре диэлектрик – ОР.

Пример изучения этой достаточно простой системы показал эффективность применения открытого резонатора в качестве инструмента экспериментального исследования. При этом был получен ряд тестовых спектров и распределений поля возбуждающихся типов колебаний, которые в дальнейшем были использованы для сравнительного анализа с характеристиками более сложных систем.

АКСИАЛЬНО-СИММЕТРИЧНЫЕ ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ Изучив условия взаиb d модействия гладких диэлектрических стержней D в системе с ОР, можно усложнить геометрию Рис. 3 Диэлектрический стержень с периодической структурой диэлектрика, рассмотрев цилиндр с крупноразb d мерной периодической D c структурой при b.

(Рис. 3). Анализ спекРис. 4 Диэлектрический стержень с периодической тров показал, что появструктурой и продольным сквозным отверстием ление цилиндрических секций на диэлектрике:

во-первых, сделало частотный спектр более редким, во-вторых, практически на порядок уменьшило амплитуду возбуждающихся в системе типов колебаний.

При этом добротность колебаний в системе с ОР составила величину Рис. 5 Трехмерное изображение участка спектра Q=250-600. Далее в ОР полой периодической диэлектрической структуры была исследована полая в ОР структура (Рис. 4). Для нее получен комбинированный спектр – зависимость коэффициента передачи от частоты при последовательном увеличении расстояния L от диэлектрика до приемного зеркала ОР (Рис. 5). Появление дополнительного продольного отверстия привело к уменьшению на порядок максимального коэффициента передачи, т.е. нарушению волноводных свойств диэлектрика с периодической структурой. Однако подбор других параметров может обеспечить оптимальное согласование ОР со структурой, учитывая волноводные свойства такого отверстия.

А (В) Рис. 6 Схема поперечного 38 39 40 41 42 43 f (ГГц) возбуждения периодической структуры диэлектрическим волноводом Рис. 7 Частотный спектр при поперечном возбуждении диэлектрической периодической структуры с дополнительной металлизацией Изучены частотные спектры ряда систем при их непосредственном возбуждении без ОР при помощи подводимого диэлектрического волновода (Рис. 6). Для уменьшения потерь энергии на излучение, пришлось прибегнуть к частичной металлизации больших секций диэлектрика. Пример наиболее эффективного возбуждения трех секций периодической структуры представлен в виде частотного спектра (Рис. 7). При этом коэффициент передачи по амплитуде достигал 0,77 при =830 на частоте f=41,2ГГц. Для другого образца эффективного возбуждения удалось добиться лишь для двух секций при =890.

Однако при этом коэффициент передачи достигал максимальной величины 0,на частоте f=40,23ГГц.

Подробный анализ модового состава и условий возникновения резонанса показал, что в этих случаях имеет место эффект дифракционного преобразования высших волн НЕ21 НЕ41 для одной структуры и НЕ31 НЕдля другой.

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ С ВНУТРЕННЕЙ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СТУКТУРОЙ Исследованы системы, b d представляющие собой поD лый цилиндр – медную трубу длиной l=100мм с различным шагом внутренней периодиРис. 8 Полый металлический цилиндр с ческой структуры (Рис. 8).

внутренней периодической структурой Получено наглядное трехмерное изображение спектра системы с шагом периодической структуры b=7мм в диапазоне частот 59-72ГГц при возбуждении с помощью сферических зеркал и последовательном увеличении расстояния L от 0 до 2,5 см между приемным зеркалом и торцом цилиндра (Рис. 9). Система эффективно возбуждается в диапазонах частот 6062 ГГц, 6566 ГГц и 7072 ГГц. С увеличением расстояния L, т.е. с превращением системы из полностью закрытой в A [B] L [см] L [см] f [ГГц] Рис. 10 Зависимость добротности Рис. 9 Трехмерное изображение Q исследуемой системы (b=7мм) спектра системы (b=7мм) со от частоты f и расстояния L сферическими зеркалами открытую во всех трех областях происходит уменьшение коэффициента передачи вследствие потерь на излучение. Однако, очевидно, что этот спад происходит наиболее быстро для коротковолнового участка спектра (7072 ГГц), медленнее – для диапазона частот 6566 ГГц и наименее заметен в области более длинных волн (6062 ГГц).

Представлена характерная зависимость добротностей возбуждающихся в системе типов колебаний от частоты f и расстояния L (Рис. 10). Можно отметить, что средняя величина добротности в исследуемом интервале частот и расстояний лежит в интервале 400800, достигая максимальных значений (1,32,3)103 в случае практически закрытой системы.

На примере цилиндрической системы с внутренней периодической структурой показана эффективность работы автоматизированной установки для систем со сгущенным спектром. Используемые методики позволяют выявлять как общие характеристики спектра, так и анализировать частные особенности его отдельных участков.

МНОГОРЕЗОНАТОРНЫЕ ОТКРЫТЫЕ РЕЗОНАНСНЫЕ СИСТЕМЫ Рис. 11 Многорезонаторная система со сферическими зеркалами Располагая на одной плоскости последовательность однотипных металличеРис. 12 Примеры распределений поских зеркал, т.е. объединяя, по сути, ряд лей колебаний во втором резонаторе одиночных ОР, можно получить устройсистемы со сферическими зеркалами.

ство, обладающее как известными свойствами ОР, так и рядом новых характеристик. Представлены результаты исследования таких электродинамических систем, состоящих из двух блоков зеркал. Каждый блок содержал ряд последовательно расположенных и дифракционно связанных ОР с зеркалами цилиндрической и сферической формы (Рис. 11). Получены частотные спектры образца, состоящего из семи дифракционно связанных сферических резонаторов. При этом система не воз буждалась на частотах менее 64 Ггц, что можно объяснить работой отверстия связи на низких частотах в запредельном режиме.

Представлены и изучены распределения полей возбуждающихся колебаний (Рис. 12). Подробный анализ показал, что в процессе передачи энергии участвуют высшие моды и формирование типов колебаний в системе происходит в основном за счет энергии поля на краях резонаторов.

На примере исследования многорезонаторной системы в случае редкого спектра установка позволяет автоматически обнаружить одиночные резонансные кривые путем сканирования всего массива A(f,L) при отсутствии данных о возможности возбуждения колебаний.

Основные результаты и выводы 1. Создана автоматизированная экспериментальная установка, которая позволяет значительно упростить и ускорить изучение различных типов электродинамических систем в миллиметровом диапазоне длин волн. Разработано соответствующее программное обеспечение, необходимое для получения и обработки экспериментальных данных.

2. Разработаны методики автоматизированных измерений спектральных характеристик электродинамических систем открытого и закрытого типа. Для систем типа открытого резонатора методики позволяют автоматизировать процесс получения зависимостей коэффициента передачи от частоты и расстояния между зеркалами, распределения полей резонансных типов колебаний, рассчитывать значения добротности.

3. Эффективность разработанных методик показана на примере ряда типов электродинамических систем. Новая комбинированная методика позволяет измерять зависимость коэффициента передачи от частоты при одновременном изменении геометрических параметров структуры и представлять эту зависимость в виде трехмерных изображений. Дополнительным преимуществом данной методики является наглядность демонстрации характеристик систем и удобство нахождения условий резонансного возбуждения, особенно в случае связанных систем с редким спектром.

4. Экспериментально установлено, что изученные аксиально-симметричные диэлектрические периодические структуры с дополнительной внешней металлизацией секций с большим диаметром D эффективно возбуждаются через боковую стенку секции меньшего диаметра d. Эффект объясняется резонансом запертых волн (НЕ41 и НЕ51 при D=16 мм и D=20 мм соответственно) на участках с диаметром D, связанных запредельными отрезками волновода с диаметром d. Высокий коэффициент передачи в резонансных максимумах частотных спектров систем определяется дифракционным преобразованием волн НЕ21 НЕ41 и НЕ31 НЕ51 с резонансом на запертых модах НЕ41 и НЕ51 соответственно.

5. Показано, что эффективное возбуждение цепочки дифракционно связанных открытых металлических резонаторов со сферическими зеркалами происходит за счет передачи энергии на краях резонаторов высшими типами колебаний.

Таким образом, в результате проведенной работы создана новая автоматизированная экспериментальная установка для исследования разных типов электродинамических структур, показана ее эффективность в ходе проведения экспериментов. Выработан экспериментальный подход к разнообразным сложным комбинированным открытым системам со схожими геометрическими параметрами. При этом на основании исследования характеристик связанных систем с характерными размерами больше длины волны могут быть выработаны рекомендации для оптимального взаимодействия волн в таких системах с активными средами, например, электронным пучком с целью создания новых приборов.

Цитируемая литература 1. Аксенчик А.В., Кураев А.А., Навроцкий А.А., Синицын А.К. Оптимизация ЛБВ-О на нерегулярной цепочке связанных резонаторов // Электромагнитные волны и электронные системы. – 2000. – T.4. – №2. – С. 28-34.

2. Виноградова М.Б., Руденко О.В., Сухоруков А.П. Теория волн. – М.: Наука, 1990. – 432 с.

3. Лопухин В.М., Пирогов Ю.А. Электродинамика сверхвысоких частот. – М.: изд. МГУ, 1980. – 162 с.

4. Силин Р.А. Периодические волноводы. – М.: Фазис, 2002. – 448 с.

5. Kuo Jen-Tsai, Shih Eric. Microstrip stepped impedance resonator bandpass filter with an extended optimal rejection bandwidth // IEEE Transactions on microwave theory and techniques. – 2003. – Vol.51. – №5. – P. 1554-1559.

6. Hirvonen T., Vainikainen P., Lozowski A., Raisanen A. Measurement of dielectrics at 100 GHz with open resonator connected to a network analyzer // IEEE Trans. on Instrumentation and Measurement. – 1996. – Vol.45. – №4. – P. 780786.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации 1. Афонин Д.Г., Малышкин А.К. Связанные диэлектрические резонаторы - сверхразмерные электродинамические системы // Тезисы докладов 8-го Всесоюзного симпозиума по сильноточной электронике АНСССР, Уральское отделение, Институт электрофизики. Свердловск. – 1990. – Ч.3 – C.

155-156.

2. Афонин Д.Г., Малышкин А.К. Автоматизация исследования спектра и добротности открытых резонансных систем // Вопросы радиоэлектроники сер. Общие вопросы радиоэлектроники. – 1991. – вып.5. – С. 77-80.

3. Афонин Д.Г., Дубровский В.В., Малышкин А.К. Методики автоматизированных исследований электродинамических систем // Труды Всесоюзной школы-семинара “Физика и применение микроволн” 22-27 мая 1991 г., М. – 1991. – Ч.1 – C. 86-88.

4. Афонин Д.Г., Малышкин А.К. Квазиоптические системы со связанными диэлектрическими резонансными структурами // Труды Всесоюзной школы-семинара “Физика и применение микроволн” 22-27 мая 1991 г., М. – 1991. – Ч.1 – C. 96-99.

5. Afonin D.G., Malyshkin A.K. Combined employment of personal computers IBM PC // Proceedings Intern. AMSE Conf. “Signals and systems”, Geneva (Switzerland) 17-19 June 1992, AMSE Press. – 1992 – Vol.1. – P. 249-254.

6. Afonin D.G., Malyshkin A.K. Waveguide metallo-dielectrical structure // Proceedings Intern. AMSE Conf. “Signals and systems”, Geneva (Switzerland) 1719 June 1992, AMSE Press. – 1992 – Vol.1. – P. 255-265.

7. Афонин Д.Г., Дубровский В.В., Малышкин А.К. Автоматизированная установка для исследований электродинамических систем на базе IBM PC XT // Приборы и техника эксперимента. – 1993. – №5. – С. 75-78.

8. Афонин Д.Г., Букреев И.А., Канунов Е.Р., Малышкин А.К. Методики автоматизированных исследований электродинамических систем // Труды 5ой Всероссийской школы-семинара “Физика и применение микроволн.

Миллиметровые и субмиллиметровые волны”, май 1995 г., М. – 1995. – C.

69-72.

9. Афонин Д.Г., Канунов Е.Р., Малышкин А.К. Установка для автоматизации измерений характеристик электродинамических систем в миллиметровом диапазоне // Измерительная техника. – 1996. – №11. – С. 42-44.

10. Афонин Д.Г., Малышкин А.К. Осесимметричные диэлектрические структуры в милиметровом диапазоне // Труды 6-й Всероссийской школысеминара “Волновые явления в неоднородных средах”, май 1996 г., М. – 1996. – C. 30-31.

11. Afonin D.G., Kazakov A.V., A.K.Malyshkin A.K. Investigations of open resonators with diffraction coupling // Optical Resonators - Science and Engineering / Ed. by R.Kossowsky et.al.: Kluwer Acad. Publ. – 1998. – P. 281-287.

12. Афонин Д.Г., Малышкин А.К. Автоматизированная установка с управлением частотой для исследования резонансных систем в миллиметровом диапазоне // Приборы и техника эксперимента. – 1999. – №3. – С. 77-80.

13. Afonin D.G., Malyshkin A.K. Multireflector resonance systems in millimeter wave range // Proceedings of III-rd International Conference: "Antenna: Theory and Techniques", September 1999, Ukraine, Sevastopol. – 1999. – P. 471-472.

14. Афонин Д.Г., Малышкин А.К. Электродинамическая система ”диэлектрик-зеркало” // Материалы 11-й Международной конференции ”СВЧтехника и телекоммуникационные технологии”, 10-14 сентября 2001г., Украина, Крым, Севастополь. – 2001. – С. 428-429.

Pages:     | 1 || 3 |






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