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

Анотація – Досліджено основні властивості відкритих резонаторів (ОР) без неоднорідностей як базових систем Визначено вплив діелектричних неоднорідностей, у вигляді діелектричних призм (ДП), і металевих неоднорідностей, що представляють собою стрічкові дифракційні решітки (ДР), на спектральні і резонансні характеристики базових ОР

I                                       Введення

в електроніці та техніці міліметрових і суб-міліметрових хвиль в якості резонансних систем широке застосування знайшли сфероїдальні і напівсферичні ОР з гладкими дзеркалами, які є найважливішими елементами цілого ряду пристроїв [1] Загальні властивості таких ЗР досить докладно описані в літературі, проте в кожному конкретному випадку їх застосування потрібні додаткові як експериментальні, так і теоретичні дослідження

Застосування ЗР в якості резонансної системи реальних приладів, що використовують дифракційну і дифракционно-черенковський механізми збудження коливань, передбачає наявність в їх обсязі періодичних металевих і металодіелектричних неоднорідностей, на яких відбувається трансформація енергії поверхневих хвиль в енергію випромінювання [2] У звязку з цим визначення електродинамічних властивостей ОР, при внесенні в їх обсяг різного роду неоднорідностей, набуває самостійну задачу, вирішення якої дозволить дати рекомендації щодо оптимізації вихідних параметрів таких пристроїв

II                              Основна частина

в даній роботі, в якості базових резонансних систем досліджувалися сфероїдальної і півсферичний ОР Сфероїдальної ЗР утворений сферичними дзеркалами з радіусом кривизни Я = 190 мм і апертурою / \ = 60 мм У разі напівсферичного ЗР одне з дзеркал виконувалося плоским В якості діелектричних неоднорідностей використовувалися прямокутні ДП з фторопласту з відносною діелектричною проникністю ε = 205 і поликор ε = 10, що зумовлено їх малими втратами в КВЧ діапазоні хвиль При дослідженні ЗР з періодичною металевою неоднорідністю застосовувалися одиночна і здвоєна ДР Збудження ЗР здійснювалося на прохід з боку сферичного дзеркала Досліджувана система вкпю-почалася в стандартну вимірювальну схему, використовувану при аналогічних вимірах [2] Для визначення особливостей описаних електродинамічних систем досліджувалися спектри коливань і резонансні криві ЗР в діапазоні частот 69-80 ГГц При цьому базовими були вимірювання аналогічних характеристик одиночних сфероїдальної і напівсферичного ОР

Експериментально отримані спектри резонансних частот, при зміні відстані між дзеркалами Н сфероїдальної і напівсферичного ЗР, характеризують можливість порушення в даних резонансних системах обмеженої кількості коливань, основним з яких є ТЕМооц – тип Встановлено, що зменшення частоти збудження системи / призводить до збільшення Н, а збільшення f до зменшення Н для порушення основного типу коливання Дані результати підтверджуються аналітичними розрахунками спектра резонансних частот, проведеними згідно векторної теорії ЗР [3] Вимірювання резонансних кривих базових ЗР показало, що в спектрі присутні високодобротні коливання, які відповідають основній моді Добротність таких коливань підвищується при збільшенні Н через збільшення резонансного обсягу

Введення в обсяг ЗР діелектричних неоднорідностей у вигляді ДП призводить до зміни просторового розподілу полів, порушуваних типів коливань, це виражається в зсуві спектру коливань у бік менших відстаней між дзеркалами При цьому, величина зсуву залежить як від товщини ДП, так і від значень відносної діелектричної проникності матеріалу призми Таким чином, внесення ДП в ОР зменшує ефективне значення / -/для збуджуваного основного типу коливання Отримані результати корелюють з високим ступенем точності з розрахунками спектра резонансних частот ОР з ДП, проведеними на основі векторної теорії [3], що вказує на її адекватність для аналізу реальних систем Також встановлено, що зміна відстані від ДП до дзеркал резонатора, визначає її положення в обсязі ОР, не змінює спектр коливань і не впливає на величину його зсуву Поряд з цим, також виявлено, що при внесенні ДП в ОР може спостерігатися підвищення амплітуди коливання основного типу, із збільшенням відносної діелектричної проникності призми для TEMooq моди Для призм з поликор в спектрі ЗР присутні коливання, добротність яких перевершує добротність базової системи в кілька разів, що вказує на перспективність використання діелектриків з високим значенням ε для отримання коливань з аномально високою добротністю

При введенні в сфероїдальної ЗР одиночній стрічкової ДР утворюється повязана система через дифрагованим на стрічкової решітці поле Дифракційна решітка ділить обсяг ЗР на два напівсферичних ЗР, що підтверджується шляхом порівняння резонансних кривих базового напівсферичного резонатора і сфероїдальної резонатора з напівпрозорої ДР в центральній частині, при подвоєному відстані між дзеркалами ОР Стрічкова ДР здійснює звязок двох напівсферичних ЗР з одночасною фільтрацією кутового спектра плоских хвиль, порушуваних в системі Це призводить до порушення ЗР практично на одній частоті в досліджуваному діапазоні, що обумовлено селективними властивостями використовуваної ДР Встановлено, що максимальна амплітуда коливань в повязаних ЗР реалізується для рівних відстаней між дзеркалами резонатора і стрічкової ДР, тобто при налаштуванні їх на однакові частоти

Введення в сфероїдальної ЗР здвоєною стрічкової ДР, призводить до утворення многосвязной системи, в результаті чого спостерігається збільшення ширини спектральної кривої, по відношенню до базового ОР Так, зокрема для випадку збудження з боку одного з дзеркал, при оптимальному налаштуванні двох звязаних через стрічкові ДР напівсферичних ЗР, ширина резонансної кривої складає А / ^ 05ГГц При експериментальному моделюванні хвильових процесів у системі повязаного ЗР, із здвоєною стрічкової ДР, за методикою описаної в [2], збудження системи відбувалося планарним діелектричним хвилеводом, який заміняв електронний потік реального приладу Такий підхід дозволив виявити ряд особливостей досліджуваної системи Вимірювання резонансних кривих повязаних ЗР із здвоєною стрічкової ДР показало, ЩО при оптимальному налаштуванні відстаней між сферичними дзеркалами і площиною стрічкових ДР, ширина резонансної кривої складає Δ / 12 ГГц, а в разі їх налаштування на близькі частоти смуга пропускання такої системи може досягати АР = 2А ГГц

III                                  Висновок

в роботі узагальнено результати експериментального дослідження сфероїдальної і напівсферичного ОР Для таких систем отримано спектральні і резонансні характеристики коливань і проведено їх порівняння з теоретичним розрахунком Досліджено вплив діелектричних неоднорідностей на властивості базових ОР Встановлено, що шляхом зміни товщини діелектрика і значень діелектричної проникності ДП можливо ефективно управляти властивостями ОР: спектром резонансних частот, режимами загасання енергії в ОР або збільшення амплітуди коливань і їх добротності

Проведені дослідження електродинамічних властивостей повязаних ЗР показали, що такі системи мають значно більш широкою смугою пропускання, в порівнянні з одиночними ОР

Дані результати вказують на перспективність використання вище описаних систем при створенні широкосмугових генераторів і селективних пристроїв КВЧ діапазону хвиль

IV                           Список літератури

[1] Техніка субміліметрових хвиль / Под ред

Р А Валітова – М: Сов радіо – 1969 – 480 с

[2] Генератори дифракційного випромінювання / Под ред Шес-Топалова В П – К: Наук Думка, 1991 – 320 с

[3] Cullen А L Millimeter-wave open-resonator techniques / / International Journal of Infrared and Millimeter Waves – 1983-Vol10-P 233-281

ON CONTROL POSSIBILITY OF OPEN RESONATORS’ SPECTRAL CHARACTERISTICS

Vorobiyov G S, Petrovsl<iy iVi V,

Zliurba V O, Krutl<o Y A

Sumy State University

2,         Rymskl-Korsakov Str, Sumy, 40007, Ukraine e-mall: vp@sumdueduua

Abstract – Basic properties of the open resonators (OR) without discontinuities are investigated as base systems Influencing of dielectric discontinuity is specified as dielectric prisms (DP), and metallic discontinuity, being band diffraction grating (DG), on spectral and resonance property of base OR

I                                        Introduction

Application of OR, as a resonant system of the real devices using diffraction and diffraction-Cerenkov mechanisms of excitation of fluctuations, assumes presence in their volume periodic metal and metal-dielectric heterogeneities on which there is a transformation of energy of superficial waves in radiation energy [2] In this connection, a definition of OR electrodynamic properties, at entering into their volume of heterogeneities of various types, gets an independent problem which decision will allow giving the recommendation for optimization of target parameters of such devices

II                                       Main Part

In the given work, spheroidal and hemispherical OR’s were investigated as base resonant systems Rectangular DP made of Teflon and Polybark with relative dielectric permeability e=205 and e=10, correspondingly, were used as dielectric heterogeneities Single and doubled DG’ were used for research of OR with periodic metallic discontinuity The spectrums of oscillation and resonance curves of OR were investigated in the range of frequencies 69-80 GHz for determination of features of the described electrodynamics systems

Measuring of resonance curves of base OR showed that there are high-durable oscillations corresponding with a basic mode in a spectrum

Introduction to the volume of OR dielectric discontinuity as DP causes the change of the spatial distributing field, excited types of oscillations, it is expressed in the change of spectrum of oscillations toward less distances between mirrors

When leading a single-band DP into a spheroidal OR, the connected system is formed via a field diffracted on a tape lattice

The band DG carries out connection of two hemispheric OR’s with simultaneous filtration of angular spectrum of flat waves excited in the system It results in OR excitation practically at one frequency in a studied range, it is caused by selective properties of used DG

Measurement of resonant curves connected OR with dual tape DG has shown that at optimum adjustment of distances between spherical mirrors and a plane tape DG, the width of a resonant curve makes Ari2GHz, and in case of their adjustment on close frequencies the passband of such system can achieve АГ24 GHz

III                                      Conclusion

Influence of dielectric heterogeneities is investigated upon properties of base OR It is established, that by change of dielectric thickness and values of dielectric permeability DP it is possible effectively operate OR properties: a spectrum of resonant frequencies, modes of attenuation of energy in OR or increases of amplitude of fluctuations and their good qualities The carried out researches of electrodynamic properties of connected OR have shown that such systems have considerably wider passband, in comparison with single OR

The given results specify availability of use above the described systems when creating broadband generators and selective devices of EHF wave band

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