Введение к работе
Актуальность темы диссертации В сантиметровом, миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах волн широко применяются различные типы СВЧ-реэонаторов: коаксиальные, цилиндрические, открытые и т.д. Они осуществляют накопление энергии электромагнитного поля в некотором ограниченном обьеме пространства, частотную селекцию, стабилизацию частоты генераторов и т.д. Резонаторы широко используются в спектроскопии, голографии, радиоастрономии, технике связи, физической электронике. Основные требования, обычно предъявляемые к резонаторам:высокая собственная добротность, широкий диапазон перестройки (при отсутствии мешающих и вырожденных типов колебаний), возможность согласования со стандартными волноводами в диапазоне перестройки без подрегулировки элемента связи в процессе перестройки. Возможности повышения добротности технологическими средствами практически исчерпаны. Применение криогенной техники также не всегда приемлемо. Поэтому актуален поиск новых Физических механизмов повышения добротности. Весьма сложна проблема широкополосного согласования высокодобротных резонаторов. В связи с этим теоретическое и экспериментальное исследование возможностей создания широкополосных высоко^обротных резонаторов с разреженным спектром собственных колебаний является весьма актуальным, т.к.оно связано с решением важной практической задачи улучшения характеристик радиоэлектронной аппаратуры.
Цель и задачи исследования Цель работы Целью диссертациочной работы является теоретическое и экспериментальное исследование Физических механизмов повышения нагруженной добротности СВЧ резонаторов в диапазоне частот 0,6 -405 ГГц до величины 10s - 10.
Задачи исследования Для' достижения.-, цели были поставлены и решены следующие задачи:
1. Разработка строгой методики расчета собственных Е
колебания цилиндрического резонатора с коаксиальным выступом при учете неидеальной проводимости стенок. Оптимизация по Q соотношения его геометрических размеров.
-
Исследование Физических принципов повышения добротности резонаторов для частот 32 - 405 ГГц.
-
Исследование Физических принципов Фильтрации паразитных мод в открытых кваэиоптических и гребенчатых резонаторах.
-
Разработка методик расчета широкополосных элементов связи высокодобротных резонаторов с одномодовыми волноводами.
Научная новизна полученных результатов 1.. В каждом стандартном поддиапазоне частот исследованы принципы повышения собственной добротности и выявлены типы резонаторов, в которых ати принципы эффективно реализуются. D диапазоне 0.б - 2.14 ГГц рассмотрен цилиндрический резонатор с коаксиальным выступом. Дана строгая методика расчета его собственных Е - колебании при учете неидеальноп проводимости сте-нок. Это позволило оптимизировать по Q соотношения геометрических размеров и получить нагруженную добротность Q ~ 10000 на Е -колебании, что в б - 7 раз выше, чем в ранее известных
OJ.O
резонаторах.
В диапазоне 32 - 405 ГГц предложен новый тип резонатора -гребенчатой резонатор, основанный на эффекте аномально малого затухания И - поляризованных волн в периодических структурах Это позволило получить значения Q от 60000 до 100000.
-
Исследованы Физические принципы Фильтрации паразитных мод в резонаторах мм и субмм диапазонов. Показано. что эти методы обеспечивают высокую эффективность Фильтрации в полосе частот, примерно равной половине октавы.
-
В кагдом стандартном диапазоне определены оптимальные принципы построения элементов связи резонаторов со стандартным: волноводами. обеспечива$иіими КСВ < 2,0 без механическое и электрической подрегулировки. Приведены методики расчета этих элементов связи и их экспериментальные исследования.
Практическая значимость полученных результатов Спроектирован и реализован универсальный комплект широко-диапазонных высокодобротных измерительных резонаторов в диапазоне 0.6 - 405 ГГц. который может бить использован для Физических исследований параметров различных сред (Z высокотемпературных сверхпроводников. -. jj-прозрачнчх сред и т.д.).
Разработанные резонаторы используются в качестве базовых элементов в серийно выпускаемой аппаратуре для измерения частотных шумов (приборы ИФ-1101. 1201 ...). Их применение позволило повысить на б - в дБ чувствительность измерений частотных шумов и автоматизировать процесс измерений.
Использование исследованных принципов согласования многоходовых резонаторов и стандартных волноводов позволило улучшить технические характеристики бытовых СВЧ - печей (в частности. избежать использования вращающихся поддонов и диссекторов).
Экономическая значимость полученных результатов Экономическая значимость полученных результатов заключается в значительном сокращении сроков разработки наиболее важных элементов аппаратуры (генераторов, волномеров. Фильтров и т.д.). используемой для Физических исследованип. в технике свя-эй и радиолокации.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту
-
Методика расчета собственной добротности. позволяющая оптимизировать по Q соотношения геометрических размеров цилиндрического резонатора с коаксиальным выступом.
-
Новый тип резонатора - гребенчатые резонатори, в которых на Нот- колебаниях (л ~ 50 - 60) в диапазоне частот 32 -405 ГГц достигнуты эначенияя О - 60000 - 100000.
-
Принципы Фильтрации паразитных мод в открытых резонаторах на основе использования периодических структур - ленточных решеток.
-
Физические принципы широкополосного согласования высокодобротных резонаторов с одномодовымк волноводами.
-
Схемы и методики измерения основных параметров резонаторов, отличающиеся повышенной точностью измерения (погрешность
- не более 2 *)..
Личный вклад соискателя Автор принимал непосредственное личное участие в получении всех результатов, представленных в диссертации. Им разработаны методики расчета широкополосных высокодобротиих СВЧ резонаторов. Исследованы новые принципи широкополосного согласования резонаторов. Спроектирован и экспериментально исследован комплект измерительных резонаторов в диапазоне'частот 0.6-405 ГГц. Вклад соавторов, прежде всего, связан с постановкой задач, а также с обсуждением, результатов исследований.
Апробация результатов диссертации Основные результаты работы докладывались на YII Всесоюзной научно-технической конференции "Метрология в радиоэлектронике" (Москва. 1988), Всесоюзной научно-технической конференции "Ма-лошумящие генераторы СВЧ" (Иркутск, 1991). XYI научно-технической конференции "Радиоприемные устройства бортовых РЛС СВЧ диапазона" (Ленинград, 1988), 20 Европейской конференции по микроволнам (Будапешт. 1990). XXIII General Assembly of the International Union of Radio Science (Стокгольм.1990). IGARSS-91 International geoscience and remote sensing symposium (Хельсинки, 1991).
Опубликованность результатов По теме диссертации опубликовано 10 старей и 3 тезиса докладов на международных конференциях. Получено 2 авторских свидетельства и 1 патент России.
. „. Структура и обьем диссертации
Диссертация состоит из введения.обзора литературы, четырех глав и заключения. Общий объем составляет 128 страниц Диссертация содержит 32 рисунка, 14 таблиц и 11 графиков.. Список ли-литературы включает 85 наименований.
