Лавринович О А, Черпак Н Т Інститут радіофізики та електроніки ім А Я Усикова НАН України вул Ак Проскури, 12, м Харків, 61085, Україна тел: (057) 7203363, e-mail: lavr@irekharkovua

Анотація – Наводяться результати експериментальних досліджень електродинамічних властивостей дискового квазіоптичного діелектричного резонатора з хвилями «шепоче галереї», навантаженого неоднорідністю у вигляді циліндра, розташованої в області каустики поля в аксіальному і радіальному напрямках Показано, що характер поведінки залежностей для частотного зсуву і втрат для НЕ – і ЄП – типу коливання залежить від напрямку електричної компоненти поля хвилі, що розповсюджується в резонаторі, по відношенню до неоднорідності

I                                       Введення

останнім часом все більшу увагу привертають діелектричні резонатори з високодобротного коливаннями типу «шепоче галереї» У багатьох роботах було показано, що вони можуть успішно застосовуватися як при дослідженні імпедансних властивостей різних матеріалів, так і діелектричної проникності різного роду рідин, у тому числі рідин володіють великими втратами [1-2] Авторами роботи [3] були проведені дослідження електродинамічних характеристик дискового квазіоптичного діелектричного резонатора (КДР) з неоднорідностями у вигляді циліндричного капіляра, розташованого в області каустики поля резонатора, паралельно його осі, при порушенні НЕ – і ЄП – типів коливань Було показано, що при порушенні ЄП – коливання спостерігається розщеплення резонансної лінії (знімається виродження) вже при малих значеннях діаметра неоднорідності (d) Це викликає труднощі у можливому використанні даного типу коливання, що збуджується в ДДР при дослідженнях діелектричних властивостей різних речовин

Метою даної роботи є вивчення електродинамічних характеристик ДДР при збудженні в ньому двох типів коливань (НЕ і ЄП) з неоднорідностями, розташованими в аксіальному і радіальному напрямках

II                              Основна частина

Дослідження електродинамічних характеристик КДР проводилися при використанні стандартних методів дослідження, застосовувані авторами раніше [2] Діапазон досліджуваних частот (36,5 – 40 GHz) був обраний з урахуванням параметрів резонаторів (з урахуванням азимутального індексу п) Резонатори були виготовлені з фторопласту-4 з циліндричними отворами, розташованими в області каустики поля біжучої хвилі, одне з яких (аксіальне) паралельно осі ζ резонатора (див вставку (а) на рис1), другий (радіальне) – направлено від бічної поверхні вздовж радіуса ДДР (див вставку (Ь) на рис1) Для порушення в резонаторі хвилі ШГ застосовувався дзеркальний діелектричний хвилевід (ДВ), звязок якого з резонатором була мінімальною Дослідження характеристик резонаторів проводилися з використанням рідин з великими втратами (етиловий спирт, вода) і металевих стрижнів відповідних діаметрів, які розміщувалися в капілярі (d = 0-26 мм), а потім поміщалися в аксіальне або радіальне отвори резонаторів (D = 39mm) Зміна поляризації хвилі (НЕ або ЄП) здійснювалося поворотом ДВ на 90 градусів по відношенню до осі ζ Для зручності аналізу отриманих результатів, проводилася реєстрація частотного зсуву Af = fiiq-fair і вимірювалися втрати в резонаторі на прохід ΔΑ = Aiq-Aair

Результати вимірювання частотного зсуву Af і втрат ΔΑ залежно від діаметрів капіляра d, заповненого досліджуваною речовиною для аксіального і радіального їх розташування, з порушенням в резонаторі хвиль (НЕ) ζ і (ЄП) г, відповідно, представлені на рис1 і 2 Індекси вказують координатну вісь, уздовж якої розташований капіляр в резонаторі з досліджуваним речовиною

Рис 1 Залежність зміщення частоти Af від діаметра капіляра d з різним заповненням (1 – етиловий спирт, 2 – вода, 3 – метал) для двох типів хвиль: НЕ і ЄП

Fig 1 Frequency shift Af dependence upon capillary diameter d with different filling (1- ethyl alcohol, 2- water, 3- metal) for two, namely, HE and EH modes

З рис1 видно, що характер поведінки залежностей частотного зсуву Af від діаметра капіляра при його заповненні різними речовинами, коли в ДДР збуджуються НЕ-тип коливання, а вектор електричного поля Е має переважне напрямок вздовж капіляра, ідентичний характеру поведінки Af для ЕН-коливання при тих же умовах розташування капіляра по відношенню вектора електричного поля Е Видно, що зі збільшенням d спостерігається деяка відмінність за абсолютним значенням Af для (ЄП) г, що можна пояснити досить сильним обуренням поля резонатора неоднорідністю у вигляді досліджуваних речовин, що було раніше показано в роботі [3] При цьому слід також враховувати розмір каустики поля, його структуру, а

також висоту КДР, які можуть впливати на його характеристики

Слід зазначити, що у разі капіляра з водою для (ЄП) г – хвилі спостерігається той же ефект зміни знака частотного зсуву, що і для (НЕ) ζ

– хвилі [3-4]

Як і для частотного зсуву, для втрат ΔΑ (рис2) також спостерігається досить непогане збіг для різних типів коливань – (НЕ) ζ і (ЄП) м

Рис 2 Залежність втрат резонатора ЛА від діаметра капіляра d з різним заповненням (1етіловий спирт, 2 – вода, 3 – метал) для двох типів хвиль: НЕ і ЄП

Fig 2 Dependence of resonator ioss АЛ upon capiiiary diameter d with different fiiiing (1-ethyi aicohoi, 2-water, 3-metai) for two, nameiy, HE and EH modes)

При розташуванні капіляра в резонаторі, коли вектор електричного поля Е спрямований перпендикулярно його осі, спостерігається розщеплення резонансних залежностей за частотою (знімається виродження) уже при малих значеннях діаметра капіляра як для НЕ-, так і для ЄП – типів коливань Як і у випадках, розглянутих вище, тут також має місце кореляція між залежностями (НЕ) г M (EH) z

III                                  Висновок

в роботі проведені дослідження впливу аксіальної і радіальної неоднорідностей на електродинамічні характеристики КДР при збудженні в ньому хвиль ШГ Показано, що на спектр резонатора впливають як діаметр неоднорідності у вигляді циліндричного капіляра, так і його положення щодо вектора електричного поля Е Виявлено, що спостерігається кореляція, а при малих значеннях d і збіг значень частотного зсуву Af і втрат ΔΑ для НЕ-і ЕН-типів коливань, коли вектор електричного поля Е паралельний або перпендикулярний осі капіляра

Цей факт розширює можливості застосування КДР з хвилями ШГ при дослідженнях властивостей різних матеріалів, в тому числі і рідин з великими втратами

[1] CherpakN Т, Kirichenko А Ya Behaviour of quasi-optical dielectric resonator with high-Tc superconductor in the temperature range 10-300K / / Cryogenics -1991 -31 № 5 – P 384-387

[2] Губин A І, Лавринович AA, Черпак Η Т Діелектричні резонатори з хвилями шепоче галереї в дослідженнях бінарних розчинів малих обсягів / / УФЖ

[3] Лавринович О А, Філіппов Ю Ф, Черпак І Т Спектральні властивості дискового квазіоптичного діелектричного резонатора з неоднорідністю у вигляді капіляра з водою Радіофізика і електроніка – Харків: Ін-т радіофізики та електрон НАН України 2004, т8,

№ 3, С 496-502

[4] Lavrinovich А А, Kirichenko А Ya, Filipov Yu F et al Spectral properties studies of disc quasi-optical dielectric resonator with a liquid-filled capillary / / Proc of 14-th International Crimean Conference «Microwave &amp Telecommunication Technology» (CriMiCoO4, 11-15 Sept 2004, Sevastopol, Crimea, Ukraine), pp 709-710

EFFECT OF AXIAL AND RADIAL INHOMOGENEITIES ON ELECTRODYNAMIC PROPERTIES OF WHISPERING GALLERY MODE DIELECTRIC RESONATOR

Lavrinovich A A, Cherpak N T

A Ya Usiiiov institute for Radiophysics and Eiectronics Nationai Academy of Science of Ui<raine

12, Acad ProsiKura Str, Khari<iv, 61085, Ui<raine

Ph: (057) 7203363, e-maii: iavr@irei<harl<ovua

Abstract – Results of electrodynamic properties study of whispering gallery mode dielectric resonator (quasi-optical dielectric resonator) loaded with inhomogeneity in the form of cylinder located in caustic area of field in axial and radial directions are presented Behavior of frequency shift and loss for HE and EH modes has been shown dependencies upon the direction of electric field component of wave propagated in resonator with respect to inhomogeneity

I                                        Introduction

The present work is aimed to study electrodynamic properties of quasi-optical dielectric resonator (QDR) with inhomogeneities located in axial and radial directions, when exciting HE and EH modes in it

II                                       Main Part

Studies of electrodynamic properties of QDR were carried out using standard measurement techniques used by authors earlier [2] The studies were performed applying lossy liquids (ethyl alcohol and water) and metal rods of corresponding diameter Measurement results of frequency shift Af and loss ΔΑ depending on diameter d of capillary filled with substance under test are presented in Fig1 and 2 for axial and radial location of capillary when exciting (HE) z і (EH) r modes, respectively

III                                      Conclusion

We have observed the correlation, and coincidence even at small d values, for values of both frequency shift Af and loss ΔΑ for HE and EH modes, when vector E of electric field is parallel or perpendicular with respect to capillary axis

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