Открытый резонатор свч

 

Изобретение может быть использовано в измерительной технике, радиолокации , спектроскопии в качестве электродинамических систем квантовых генераторов. Открытьй сверхвысокочастотный резонатор содержит сферическое зеркало 1 и зеркало 2 в виде металлической гребенки, канавки 3 которой между ламелями 4 заполнены диэлектриком . Величина относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика , период 1, ширина d и высота h канавки 3 связаны между собой соотношением € (1/2)2 (2j + 1)Vq h2 + 4(r/d)2, где j О, 1, 2; Г 1, 2; It l/Ti, где Х - длина волны рабочего колебания резонатора; 0,11 ё de 0,91; 0,5- 6 h 1,, 0,5 :SK, . мин 1 /fl-sin(tf-oi) 2 / 1+5in(tf-ti-), где oL arCsin(m Ji/2a) , m 0, 1 , 2 - поперечный индекс рабочего колебания; а - поперечный размер резонатора; Cf arcsin(1/2x.cosDt.) .Изобретение расширяет функциональные возможности резонатора путем разрежения его спектра. 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (191 (11) А1 (51) 4 Н 01 J 23/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3908384/24-21 (22) 04.06 ° 85 (46) 07.05.88. Вюл. Ф 17 (71) Институт радиофизики и электроники АН УССР (72) А.А.Вертий, А.А.Кириленко, А.П.Кусайкин, Н.А.Попенко и Ю.К.Cul ренко (53) 621.385,6(088.8) (56) Косарев Е.Л. Открытый резонатор с эшелеттной решеткой. Электроника болвших мощностей. — М.: Наука, вып. 5, 1968, с. 93.

Сиренко Ю.К. и др. Механизм отбора в открытом резонаторе и с дифракционными решетками и принципы создания существенно одномодовых структур.

Препринт Ф 224, ИРЭ АН УССР. (54) .OTKPbITblA РЕЗОНАТОР СВЧ (57) Изобретение может быть использовано в измерительной технике, радиолокации, спектроскопии в качестве электродинамических систем квантовых генераторов. Открытый сверхвысокочастотный резонатор содержит сферическое зеркало 1 и зеркало 2 в виде металлической гребенки, канавки 3 ко торой между ламелями 4 заполнены диэлектриком. Величина Я относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика, период 1, ширина d и высота Ь канавки 3 связаны между собой соотношением с = (1/21(,) ((21+1) /с ? +

1(г/d) j, где j = О, 1, 2, r = 1, 2, 1с = 1/ h где 9, — длина волны рабочего колебания резонатора, 0,11 d 0,91; 0,5% а h < 1,5 ; 0,5 к, а мин (1/ 1-sin(g — оС) 2/ (1+sin(qр-ec)g, где

Ы. = arcsin(mO/2а), m = О, 1, 2 — поперечный индекс рабочего колебания, а — поперечный размер резонатора;

=arcsin(1/2х.cosa ).Изобретение рас— ширяет функцнональные возможности резонатора путем разрежения его спектра.

1 ил, 1394272 е

Изобретение относится к технике

СВЧ, а более конкретно к устройству открытого резонатора миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов, и может найти применение в измерительной технике, радиолокации, спектроскопии в качестве электродинамнческих систем квантовых генераторов.

Цель изобретения — расширение 1О функциональных возможностей разонатора путем разрежения его спектра.

На чертеже изображен резонатор, Открытый резонатор СВЧ содержит сферическое зеркало 1 и зеркало 2 в 15 виде металлической гребенки, канавки 3 которой между ламелями 4 заполнены диэлектриком. Параметры гребен ки и величина Е относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика 20 выбираются в зависимости от таких характеристик проектируемого резонатора, как резонансная частота, добротность, коэффициент отбора энергии, уровень селекции мод, на основании 25 расчета коэффициента отражения R р плоской волйы от гребенки íà зеркале

2. Коэффициенты отражения Н плоской

E- или Н-поляризованйой волны от .гребенки определяются в результате 30 строгого решения соответствующей задачи математической физики.

Колебания в открытом резонаторе формируются в результате суперпозиции плоских волн, распространяющихся под некоторыми углами юа относительно оси

5 резонатора. Для разрежения спектра резонатора необходимо обеспечить отражение этих волн в зуком секторе у-лов ос + Ь . Удалось установить, что до-4О биться коэффициента отражения Rp, близкого к единице в малой окрестности частоты рабочего колебания, позволяет выполнение зеркала 2 в виде гребенки, канавки 3 которой заполнены диэлектриком, при этом величина Fширина щели d и значение Ж гребенки должны удовлетворять приведенным в формуле изобретения соотношениям.

Ограничения на х создают условия для 5О работы резонатора на (-1) гармонике пространственного спектра гребенки и исключают наличие каналов излучения на других распространяющихся гар мониках спектра, приводящих к дифференционным потерям.

Ограничение на величину отношения продиктовано технологическими соображениями, связанными с трудностями изготовления гребенки со слишком тонкими ламелями или слишком узкими щелями. Индексы j u r описывают число вибраций резонансного поля в щелях решетки по высоте и ширне. Дальнейшее увеличение r свыше значения 2 не приводит к улучшению параметров системы, например, по коэффициенту отражения I R-,l . Параметр j определяет количество вариаций поля по высоте

h и, следовательно, развитость" периодической структуры и омические потери в системе. В связи с этим увеличение j более 2 не является целесообразным.

Интервал изменения h определяется возможными значениями j = О, 1,2 — числом вариаций поля по высоте канавки решетки.

Значение угла М. определяется ти— пом рабочего колебания открытого резонатора,а именно поперечным индексом, или числом вариаций поля колебания вдоль оси Y: !

m A а ул зиппо = — — — условие поперечного

1" 2а резонанса.

Здесь m — поперечный индекс рабочего колебания вдоль оси Y (см. чертеж);

q - продольный индекс вдоль оси

Z ф — длина волны рабочего коле$ tl1 бания, a/ 9 — относительный размер резо(Щ натора вдоль оси Y.

Пример. Рассчитывают размеры резо-натора, в котором возможно только чисто продольное колебание типа TEM „с рабо чей длиной волны =4 мм. Поскольку m = 0,а =О,продольный размер резонатора вдоль оси Z равен q$/2 = 40 мм, а = 60 мм— поперечный размер резонатора выбирается из соображений получения максимальной добротности на основе опыта. Поскольку в теоретической модели решетка предполагается бесконечной вдоль направления ее периодичности (ось Y) «öåëåñoîáðàçíî выбирать 1» а/10. С другой стороны, есть ограничения на величину Ж (см. формулу изобретения) при Я = 4 мм, 2 мм 1 6 мм. Останавливаются на значении 1 = 3 мм, т.е. x, = 0,75.

Находят угол (g - =4 1,8, выбирают тефлон в качестве заполнителя канавок решетки (с, = 2,04 в четырехмиллиметровом диапазоне длин волны). Ширину канавки гребенки берут в указанных в

1394272

E= (1/2x) ъ t(2j+I)и qh|+(r/d)г) где j = 0,1,2; к,= 1,2, X = 1/а, где g — длина волны рабочего колебания резонатора, при этом значения d, h и х, находятся в пределах

0,11 d 091;

05 9 h 15а;

О, 5 у а миí f1 / (1 — s in(g — е )

2/ ((я(п(у- ф где Ы = aresin(mg/2a); =0,1 2-поперечный индекс рабочего к ол еб а ни я, а — поперечный размер резонатора, м, ср = arcsin(1/21ссоз(((,) .

Составитель А.Белявский

Редактор Л.Зайцева Техред M.Дидык Корректор С. Черни

Заказ 2226/48 Тираж 746 Подписное

ВНИИЛИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 формуле пределах, например д = 2,1, что дает d/1 = 0,7. Это значение позволяет определить величину r из усло- . вия распространения внутри канавки волноводной моды с номером r 2х,О- Г=

1,5; Из условия возможных значений (см. формулу изобретения) r = 1. Значение индекса j берут небольшим, т.к. в противном случае возрастает значе- 1р ние h è, следовательно, уровень омических потерь, Останавливаются на значении j = 1. Определяют глубину гребенки h = 2,82. Расчет показывает, 4 что значение модуля коэффициента от- 15 ражения (Р,J для рабочего колебания резонатора составляет 0,924, т.е. довольно близок к 1, Значения собственной добротности О резонатора когут составить величину Q 20. 10з . В пред2p .лагаемом открытом резонаторе СВЧ осуществляется разрежение спектра не только по поперечным, но и продольным индексам колебаний.

Формула изобретения

Открытый резонатор СВЧ, состоящий из двух зеркал, одно из которых, расположенное под углом к оси резо- 30 натора, выполнено в виде металлической гребенки с заполненными диэлектриком канавками между ламелями, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей резонатора путем разрежения его спектра, величина E относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика, период 1, м, ширина d м, ка навки и высота h, z. ламелей гребенки связаны между собой соотношением.