Воробйов Г С, Петровський М В, Журба В О Сумський державний університет вул Римського-Корсакова 2, м Суми, 40007, Україна тел: (0542) -39-23-72, e-mail: vp@sumdueduua

Анотація – Коротко викладені основні властивості «класичних» відкритих резонаторів (ОР) без неоднорідностей Розглянуто властивості ОР з періодичними металевими неоднородностями, повязаних ЗР, а також різних модифікацій резонансних відкритих металодіелектричних структур

I                                       Введення

в електроніці та техніці міліметрових і субміліметрових (МСМ) хвиль в якості резонансних систем широке застосування знайшли відкриті резонатори (ОР), що є найважливішими елементами цілого ряду пристроїв Напівсферичні і сфероціліндріческіе ЗР, на одному з дзеркал яких розташована відбивна дифракційні грати (ДР), використовуються при створенні різних модифікацій генераторів дифракційного випромінювання (ГДВ) [1] На базі ОР з Уголковие-ешелеттнимі дзеркалами створені ефективні напівпровідникові генератори з використанням діодів Гана і ЛПД Широке практичне застосування, в якості коливальної системи, відкриті резонансні системи знайшли в релятивістської електроніці, на основі яких створені різні модифікації генераторів і підсилювачів

Одним із шляхів подальшого розвитку приладів МСМ діапазону хвиль є модифікація їх електродинамічної системи з метою розширення смуги пропускання і підвищення ефективності перетворення енергії електронного потоку (ЕП) в енергію випромінювання При вирішенні цих питань знадобилися нові підходи, які були запропоновані і реалізовані у вигляді різних модифікацій відкритих електродинамічних систем: повязаних ЗР [2], відкритих хвилеводів (ОВ), а також пристроїв з металодіелектричних структурами (МДС) [3], на яких можлива реалізація дифракционно-черенковских механізмів збудження хвиль

II                              Основна частина

до кпассіческім резонансним квазіоптичного структур відносяться ЗР без неоднорідностей: плоскопараллельний, сфероїдальної, півсферичний, резонатор з двогранними відбивачами Однак найбільше поширення в техніці МСМ хвиль отримали сфероїдальної і півсферичний ОР Такі резонатори, завдяки особливій формі дзеркал, мають велику роздільну здатність, менш критичні до разюстіровке і мають малі втрати енергії на один прохід Важливою перевагою резонаторів з фазовою корекцією є велике поділ по втратах основного та вищих типів коливань

З метою використання описаних вище структур в електроніці КВЧ було запропоновано ввести в півсферичний ЗР періодичну неоднорідність типу дифракційної решітки Така електродинамічна система, при виконанні плоского дзеркала у вигляді відбивної ДР, використовується в «оротрона» [1] Однак для неї істотно зростають повні втрати, в результаті чого добротність зменшується в кілька разів Для подолання цього недоліку було запропоновано тільки центральну частину плоского дзеркала напівсферичного ЗР виконувати у вигляді ДР Прилад такого типу отримав назву ГДВ Основною перевагою ОР з локальної ДР є більш розріджений спектр коливань, яким можна керувати змінюючи параметри решітки

Особливістю Уголковие-ешелеттного ЗР є висока добротність квазіосновних типів коливань і той факт, ЩО Уголковие-ешелеттное дзеркало є багатоступеневим трансформатором імпедансу Це дозволило використовувати таку коливальну систему в квазіоптичних твердотільних генераторах накачування

У релятивістській електроніці широке застосування знайшли кільцевої, бочкоподібний і Брегговскій ЗР, що володіють підвищеною електричною міцністю та ефективної селекцією типів коливань

Пристрої дифракційної електроніки на повязаних ЗР, у порівнянні з однорезонаторнимі ГДВ володіють рядом переваг [2]: мають більш широкий діапазон перебудови частоти, можуть ефективно використовуватися як підсилювачі потужності і умножителей частоти Такі пристрої можуть бути реалізовані як шляхом послідовного вкпюченія резонаторів, зі звязком через дифрагованим на дзеркалах полі, так і паралельного вкпюченія ЗР, зі звязком через стрічкові ДР щодо осі розподіленого джерела випромінювання Порівняння резонансних характеристик послідовно повязаних ОР і базового – напівсферичного, показує, що ширина резонансної кривої повязаної системи зростає майже в два рази Максимальну ж смугу пропускання можна досягти при паралельному включенні ЗР, величина якої може досягати значень в пять разів більше, ніж при послідовному включенні ОР Таким чином, з погляду збільшення широкополосности відкритих резонансних систем, кращим є повязаний ЗР зі звязком через стрічкові ДР, що забезпечує також і мінімальні габарити приладу вздовж осі ЕП

Багатозвязкові системи, у вигляді ОР і ОВ, в обсязі яких розташована МДС дозволяють реалізувати різні режими трансформації енергії залежно від параметрів електродинамічної системи Введення в ОР МДС, виконаної у вигляді діелектричної призми, на бічну поверхню якої нанесена стрічкова ДР, призводить до якісно нових електродинамічним властивостям такої системи [3]: при зміні параметрів МДС можлива реалізація режимів загасання енергії в ОР, збільшення амплітуди коливань і їх добротності, селекції коливань

Перспективною, з точки зору реалізації регенеративного і широкосмугового посилення електромагнітних хвиль на просторових гармоніках дифракційного випромінювання (випромінювання Сміта-Парселла), при русі нерелятівістского ЕП ВЗДОВЖ періодичної структури, є система ОВ С МДС Встановлено, що шляхом зміни електродинамічних параметрів ОВ можлива реалізація різних режимів збудження коливань: режиму дифракційного випромінювання по нормалі – регенеративний режим, режиму біжучому обємної ХВИЛІ та режиму поверхневих хвиль (ЛОВ, ЛБВ)

В цілому, проведений аналіз свідчить про можливість застосування МДС для виведення енергії в пристроях типу ЛОВ, а також в якості діелектричного резонатора для дифракционно-живців-ських генераторів

На підставі проведеного огляду на рис 1 представлена ​​структурна схема пристроїв на базі резонансних квазіоптичних структур, що дозволяє наочно проілюструвати стан їх розвитку на даному етапі

Рис 1

Fig 1

III                                  Висновок

в роботі систематизовані результати досліджень як класичних відкритих резонансних структур, є базовими при побудові нових модифікацій коливальних систем приладів і пристроїв МСМ ХВИЛЬ, так і більш складних електродинамічних систем С просторово-розвиненими періодичними структурами: повязаних ЗР, відкритих резонаторів і хвилеводів з МДС Показано, що повязані ЗР мають більш широкий діапазон перебудови частоти при збереженні високих значень добротності коливань Багатозвязкові системи, виконані у вигляді ОР і ХВИЛЕВОДІВ з МДС, володіють якісно новими властивостями: шляхом зміни параметрів МДС можлива реалізація режимів загасання енергії, або збільшення амплітуди коливань і їх селекції Дані результати вказують на перспективність подальших досліджень відкритих електродинамічних систем з простран-ного-розвиненими структурами

IV                           Список літератури

[1] Генератори / дифракційного випромінювання / Под ред Шестопалова В П – К: Наук Думка, 1991 -320 С

[2]  Vorobjov G S Electrodynamic properties of coupled quasi- optical open cavities in sources of millimeter radiation //

Laser Physics – 2000 – Vol10, № 4 – P 932-938

[3] Г С Воробйов, A С Кривець, М В Петровський,

А І Рубан, А І Цвик Моделювання черепковского і дифракційного випромінювань на періодичних металодіелектричних структурах (огляд) / / В1снік СумДУ – 2003 – № 10 (56) – С 110 – 130

FEATURES OF RESONANCE QUASIOPTICAL STRUCTURES USED IN EHF ENGINEERING AND ELECTRONICS

Vorobiov G S, Petrovsky M V, Zhurba V O

Sumy State University

2,           Rymski-Korsakov Str, Sumy, 40007, Ukraine e-mail: vp@sumdueduua

Abstract – Basic properties of «classical» open resonators (OR) without discontinuities are briefly stated Properties of OR with periodic metal discontinuities, coupled OR, and also different modifications of the resonance open metal-dielectric structures are considered

I                                         Introduction

The open resonators (OR) being the most important elements of many devices are widely used in electronics and technical equipment of millimeter and sub-millimeter (MSM) waves as resonant systems Hemispherical and sphere-cylindrical ORs, a reflective diffraction grating (DG) is located on one of their mirrors, and used when creating various modifications of diffraction radiation generators (DRG) [1]

One of ways for the further development of MSM wave band devices is updating of their electrodynamic system with to broaden a passband and increase energy transformation efficiency of an electronic stream (ES) into radiation energy When solving these problems, some new approaches became necessary, they were offered and realized as various updating of open electrodynamic systems: connected OR [2], open waveguides (OW), and also devices with metal-dielectric structures (MDS) [3] on which wave excitation diffraction-Cerenkov mechanisms would be realized [3]

II                                        Main Part

Classical resonant quasi-optical structures include ORs without heterogeneities: plane-parallel, spherical, hemispherical resonators and resonators with two-sided reflectors However, spherical and hemispherical ORs are the most distributed in MSM-wave engineering

To use the structures in EHF electronics described above, it was offered to enter DG type periodic heterogeneity into the hemispherical OR Such electrodynamic system, when making a flat mirror as a reflective DG, is used in DRG [1] Basic advantage of OR with a local DG is more rarefied spectrum of fluctuations, which can be controlled changing parameters of the grating

Devices of diffraction electronics on connected OR in comparison with single-resonator DRGs have a number of advantages [2]: a wider range of frequency tuning, it can be effectively used as amplifiers of capacity and frequency multipliers Such devices can be realized both by consecutive inclusion of resonators with connection via a field diffracted on mirrors, and by OR parallel inclusion with connection through a tape DG relatively an axis of a distributed radiation source Comparison of resonant characteristics of consistently connected OR and base-hemispherical ones shows that the width of the resonant curve of a connected system exceeds almost twice The maximal passband is possible to be reached at OR parallel inclusion which size may reach values five times more than at OR consecutive inclusion

III                                       Conclusion

Results of researches, both the classical open resonant structures being base at construction of new updating of oscillatory systems of devices, and MSM-wave devices, and more complicated electrodynamic systems with spatially-advanced periodic structures, are classified: connected ORs, open resonators and wave guides with MDS It is shown that connected OR’s have wider range of reorganization of frequency at preservation of high values of good quality of fluctuations The multi-connected systems manufactured as ORs and wave-guides with MDS have qualitatively new properties: by change of MDS parameters the realization of modes of energy attenuation, or amplitude increase of fluctuations and their selections is possible The present results specify availability of the further researches of open electrodynamic systems with spatially – advanced structures

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р