Способ перестройки цилиндрического объемного резонатора с колебанием e010

 

Изобретение относится к способам перестройки объемных резонаторов и может быть использовано в технике СВЧ измерений и в радиоизмерительной аппаратуре, в частности в перестраиваемых генераторах СВЧ. Техническим результатом является расширение диапазона перестройки с сохранением высокой добротности, без необходимости фильтрации высших типов колебаний в ЦОР. Это достигается тем, что в способе перестройки цилиндрического объемного резонатора с колебанием Е₀₁₀, заключающемся в введении хорошо проводящей неоднородности в полость цилиндрического объемного резонатора, размеры полости цилиндрического объемного резонатора изменяют путем изменения длины за счет перемещения короткозамкнутого поршня, при этом в полость горизонтально помещают диэлектрик с малыми потерями, крепящийся к днищу короткозамкнутого поршня. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к способам перестройки объемных резонаторов и может быть использовано в технике СВЧ измерений и в радиоизмерительной аппаратуре, в частности в перестраиваемых генераторах СВЧ.

Известен способ перестройки коаксиального объемного резонатора путем изменения его длины за счет перемещения короткозамкнутого поршня (см. Будурис Ж., Шеневье П. Цепи свервысоких частот. - М.: Советское радио. 1979, с.89, рис. 4.2.1).

Недостаток - низкая добротность, за счет чего - невысокая стабильность частоты перестраиваемого генератора СВЧ.

Известен способ перестройки цилиндрического объемного резонатора с колебанием E₀₁₀, принятый за прототип (см. Кугушев А.М., Голубева Н.С. Основы радиоэлектроники. - М.: Энергия. 1969, с.313). Способ заключается в введении в резонатор хорошо проводящей неоднородности, например металлического штыря или пластины, а также путем деформации стенки резонатора. При этом введение в область максимального электрического поля идеально проводящего тела уменьшает резонансную частоту резонатора, а помещение такого тела в область максимального магнитного поля - увеличивает ее.

Недостатками такого способа являются неширокий диапазон перестройки цилиндрического объемного резонатора (ЦОР); значительное по величине введение неоднородности уменьшает добротность колебания Е₀₁₀.

Предлагаемое изобретение направлено на расширение диапазона перестройки с сохранением высокой добротности, без необходимости фильтрации высших типов колебаний в ЦОР.

Данный технический результат достигается тем, что в способе перестройки цилиндрического объемного резонатора с колебанием Е₀₁₀, заключающемся в введении хорошо проводящей неоднородности в полость цилиндрического объемного резонатора, размеры полости цилиндрического объемного резонатора изменяют путем изменения длины за счет перемещения короткозамкнутого поршня, при этом в полость горизонтально помещают диэлектрик с малыми потерями, крепящийся к днищу короткозамкнутого поршня.

На фиг.1 представлена схема реализации способа. На схеме показаны ЦОР 1 с короткозамкнутым поршнем 2, горизонтально расположенный диэлектрик 3 с малыми потерями, крепящийся к днищу короткозамкнутого поршня 2.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Как известно, резонансная частота колебания Е₀₁₀ пустого ЦОР f₀ не зависит от длины 1, а зависит только от радиуса а резонатора:

где ε₀ и μ₀ - диэлектрическая и магнитная проницаемости вакуума, а - радиус ЦОР.

При полном заполнении ЦОР диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε_д резонансная частота колебания Е₀₁₀ полностью заполненного ЦОР fзап:

Т.о., если нормированное отношение h/l диэлектрика с малыми потерями (при условии постоянства длины 1 резонатора), помещенного горизонтально в полости ЦОР, изменять от значения h/l=0 до значения h/l=1, резонансная частота колебания Е₀₁₀ ЦОР будет изменяться от значения f₀ до значения fзап.

Резонансная частота колебания E₀₁₀ ЦОР будет изменяться и при изменении длины l (уровень h диэлектрика - постоянен), так как в этом случае нормированное отношение h/l также изменяется. Резонансная частота колебания Е₀₁₀ ЦОР рассчитанная методом эквивалентных параметров (см. СВЧ объемные резонаторы в качестве измерительных преобразователей состава и свойств специальных жидких сред. Дмитриев Д.А., Суслин М.А., Кораблев И.В. // Заводская лаборатория. 1996. №2. С.14-16), имеет вид:

Т.о., как видно из (1), путем изменения длины цилиндрического объемного резонатора можно изменять резонансную частоту колебания Е₀₁₀. Если ЦОР выполнить достаточно "коротким", то отпадает необходимость в фильтрации высших колебаний, так как резонансная частота колебания Е₀₁₀ будет самой низкой. Увеличение нормированного отношения h/l будет приводить к увеличению добротности за счет увеличения запаса энергии в диэлектрике с малыми потерями. В качестве такого диэлектрика можно выбрать плавленный кварц, лейкосапфир и т.д. Простая структура электрического поля колебания Е₀₁₀ (электрические силовые линии начинаются на одной и заканчиваются на другой торцевой стенке), а также то, что поле сосредоточено у оси резонатора, является удобным при организации обратной связи в генераторах СВЧ с внутренней обратной связью (например, на лавино-пролетном диоде, диоде Ганна). А так как добротность колебания Е₀₁₀ выше, чем добротность колебания типа ТЕМ в коаксиальном резонаторе, то стабильность частоты перестраиваемого по частоте генератора СВЧ на основе ЦОР с колебанием E₀₁₀ будет выше, чем на основе коаксиального резонатора.

Формула изобретения

Способ перестройки цилиндрического объемного резонатора с колебанием Е₀₁₀, заключающийся в ведении хорошо проводящей неоднородности в полость цилиндрического объемного резонатора, отличающийся тем, что хорошо проводящая неоднородность выполнена в виде короткозамкнутого поршня, размеры полости цилиндрического объемного резонатора изменяют путем изменения длины за счет перемещения короткозамкнутого поршня, при этом в полость горизонтально помещают диэлектрик с малыми потерями, крепящийся к днищу короткозамкнутого поршня.

РИСУНКИ

Рисунок 1