Богдашів А. А.1, Денисов Г. Г.1, Луковников Д. А.1, Родін Ю. В, Хіршфельд Дж.2 1 Інститут прикладної фізики РАН, вул. Ульянова, д. 46, Нижній Новгород – 603950, Росія Тел.: +7 (8312) 164736; e-mail: rodin@sandy.ru

Омега-Р, 202008 Yale Station, New Haven, CT 06520, USA

Анотація – Представлений прототип кільцевого резонатора з робочою модою ТІ01 круглого хвилеводу на частоті 34.272 ГГц. У резонаторі з сумарною довжиною ~ 2 метрів використовувалися куточки з плоскими дзеркалами, які мають малі втрати <1%. Максимальний виміряний коефіцієнт збільшення потужності 35 при добротності резонатора 21400. В режимі максимального збільшення НВЧ потужності коефіцієнт відбиття від резонатора склав <1%. Вимірювання виконані з використанням синтезатора частот РГ5-29. Вихідна потужність живляться генератора ~ 20мВт, нестабільність частоти синтезатора ± 1 х10 ‘6.

I. Вступ

Останнім часом продемонстровані значні результати щодо збільшення вихідної потужності електронних приладів міліметрового діапазону випромінювання (гіротрони – 80 – 170 ГГц, понад 1 МВт в безперервному режимі), (релятивістські кар-сінотрони – 34 ГГц,> 1.5 ГВт, 50 – 60нс), (магнікон – 34 ГГц, 40 МВт, 500 нс). До практичних додатків даних приладів можна віднести: керований термоядерний синтез (УТС), прискорювальну техніку, радіолокацію і зв’язок, обробку матеріалів і плазмохімії.

Для забезпечення технічних параметрів сучасних електронних приладів і ліній передач проводяться тестові випробування вузлів і компонентів: бар’єрних вікон, перетворювачів мод, хвилеводних куточків, откачних портів, фазовращателей і т. п.

Основною вимогою, що пред’являються до даних елементів, є високий коефіцієнт передачі (90 … 99.5%) на високому рівні проходить потужності. Досягнення високої інтенсивності поля для тестування елементів при помірній потужності живильного генератора можливо в кільцевому резонаторі за рахунок ефекту резонансного накопичення [1].

У доповіді представлений прототип кільцевого резонатора для тестових випробувань СВЧ компонентів.

II. Основна частина

Схема резонансного кільця показана на Рис.1. Робоча хвиля резонатора – TE ° oi, що розповсюджується в надрозмірні круглому хвилеводі, володіє малими омічними втратами. Для підвищення добротності резонансного кільця використані високоефективні хвилеводні куточки з малими втратами <1% (включаючи омические і дифракційні) [2]. Кільцевій резонатор складається з хвилеводних секцій, з’єднаних між собою чотирма хвилеводними куточками 8. Резонатор виготовлений зі сплаву Д16Т. Мода Теюп, Стандартного хвилеводу перетвориться за допомогою адіабатичного переходу 2 в хвилю ТІ ° 11 хвилеводу, а потім за допомогою перетворювача Марье 3 в хвилю TE ° oi. Конічні переходи 4 з перетворювачами 5 використовувалися в заживлюємо і вимірювальному каналах для зі

погодження розподілу поля на перфорованих дзеркалах 6 з власною модою резонатора. Відгалужувальні дзеркало виготовлено з латуні. Дзеркало, перфоровані круглими отворами, забезпечує оптимальну зв’язок резонатора з живляться і вимірювальними каналами.

Коефіцієнт збільшення потужності поля всередині резонатора визначається за формулою [3]:

1 – синтезатор частоти РГ5-29;

2 – ТЕ10 => ТЕ11 хвилеводний перетворювач;

3 – ТЕ11 => ТЕ01 хвилеводний перетворювач;

4 – ТЕ01 хвилеводний перехід;

5-ТЕ0 => ТЕ01 + ТЕ02 хвилеводні перетворювачі;

6 – відгалужується дзеркало;

7 – пристрій для настройки частоти;

8 – плоске дзеркало волноводного куточка;

9 – ТЕ01 круглий хвилевід;

10 – тестований компонент;

11 – СВЧ детектор; 12 – СВЧ навантаження;

13 – цифровий вольтметр.

Рис. 1. Схема резонансного кільця.

Fig. 1 Diagram of a resonant ring

Результати вимірювань параметрів кільцевого резонатора представлені на Рис. 2.

III. Висновок

У доповіді представлені результати дослідження кільцевого резонатора з біжить TEoi хвилею на малому рівні потужності. Отримано 35-кратне підвищення потужності біжучої хвилі в порівнянні з рівнем потужності живлячої СВЧ генератора. Експериментальні результати підтверджують високу

ефективність хвилеводних куточків. Виміряний коефіцієнт відбиття від резонатора на робочій частоті 34.272 ГГц в режимі максимального збільшення потужності склав <1%. Добротність резонатора -21400. У перспективі передбачаються випробування кільцевого резонатора на високому рівні проходить потужності. Як живляться СВЧ генератора буде використаний магнікон із зазначеними вище параметрами.

Рис. 2. Виміряні коефіцієнт збільшення потужності в кільцевому резонаторі і коефіцієнт відбиття від нього.

Fig. 2. Measured factor of power increase in a ring resonator and factor of reflection from the ring resonator

IV. Список літератури

[1] Альтман Дж. П. Пристрої надвисоких частот. М.: Мир, 1968.

[2]  V. L. Belousov, A. A. Bogdashov, G. G. Denisov,

А. V. Chirkov, S. V. Kuzikov. “New Components for TE01 Transmission Lines,” Proc. Int. Workshop Strong Microwaves in Plasmas, Nizhny Novgorod, August 2-9, 1999, Vol.

2,       pp. 943-948.

[3]  G. G. Denisov, M. Yu. Shmelev. Effective Power Input into Quasi-Optical Cavity with Travelling Wave. Int. J. of Infrared and Millimeter Waves, 1991, v. 12, #10, p.1187-1194.

RING RESONATOR PROTOTYPE FOR HIGH-POWER TESTS OF MICROWAVE COMPONENTS

Bogdashov A. A.1, Rodin Yu. V.1, Denisov G. G.1, Lukovnikov D. A.1, Hirshfield J.2 11nstitute of Applied Physics,

Russian Academy of Sciences 46 Ulyanov Street, Nizhny Novgorod, 603950 Russia

Phone: +7(8312) 164736; e-mail: rodin@sandy.ru

2          Omega-P, 202008 Yale Station New Haven, CT 06520, USA

Abstract – Microwave resonant ring with traveling TE01 wave for high power tests of components was developed. Novel low-loss miter bends with flat mirrors and mode converters were used in the resonator. Low power measurements were carried out – maximum gain factor exceeds 35 at operating frequency 34.272 GHz. Total quality is about 21400. In the case the reflection coefficient from resonator is less than 1 %.

I. Introduction

The resonant ring is used for testing of high power transmission lines and other microwave components. The effect of resonant power accumulation allows emulating high-power tests using an average power microwave source.

II. Main part

The proposed scheme of a resonant ring is presented in Fig.1. The operating wave of the ring is TE01 mode of an oversized circular waveguide. The operating wave of the ring is TE01 mode of an oversized circular waveguide. The mode has zero electric field at the waveguide walls and very low Ohmic losses. This mode is used for microwave transmission to accelerator structures and also the most advanced window designs are based on the use of this mode. Recently a low-loss miter bend operating with this mode was developed [1]. The test showed the total loss in the bend about 1% including Ohmic and diffraction loss. The ring consists of the waveguide sections joined by four miter bends. Miter bends are equipped by additional holes for stray radiation output. It was made of aluminum alloy. The fundamental TE10 mode of rectangular guide was transformed consequently into the TE11 one of circular waveguide, then into the TE01 operating mode by the Marie transducer. Up-tapers and mode converters were used in feeding unit and measuring channel for efficient field pattern coupling to resonator Eigen mode. Low power tests were carried out with microwave frequency synthesizer. The output power level is about 20 mW, and frequency instability is ±1-1 O’6. The transmitted microwave power was measured by the detector in the coupled measuring channel.

The gain factor and reflection coefficient of empty resonator were measured with 1 MHz frequency step. At the coupling of 3% we reached the reflection coefficient from the empty resonator at frequency 34.272 GHz is 0.3%. And the gain factor is 35. Lorenz form fitted the resonance curve. Resulting quality factor is 21400.

III. Conclusion

The experiments with resonant ring prototype have shown high quality and resonant gain factor. Resonant rings based on the presented prototype can be used for tests of various microwave units and components such as barrier windows, mode converters, waveguides, miter bends etc.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»