Возбуждение мод шепчущей галереи в экранированных диэлектрических резонаторах щелевой линией

Экспериментально исследованы спектральные и энергетические характеристики экранированного полусферического резонатора в режиме вынужденных колебаний типа шепчущей галереи при их возбуждении щелевой линией. Показано, что использование щелевой линии позволяет максимально разредить спектр вынужденных к...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Радіофізика та електроніка
Дата:	2015
Автори:	Когут, А.Е., Доля, Р.С., Носатюк, С.О., Джаочан, Хe
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України 2015
Теми:	Радиофизика твердого тела и плазмы
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/106238
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Возбуждение мод шепчущей галереи в экранированных диэлектрических резонаторах щелевой линией / А.Е. Когут, Р.С. Доля, С.О. Носатюк, Хe Джаочан // Радіофізика та електроніка. — 2015. — Т. 6(20), № 3. — С. 49-54. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-106238
record_format	dspace
spelling	Когут, А.Е. Доля, Р.С. Носатюк, С.О. Джаочан, Хe 2016-09-21T15:40:40Z 2016-09-21T15:40:40Z 2015 Возбуждение мод шепчущей галереи в экранированных диэлектрических резонаторах щелевой линией / А.Е. Когут, Р.С. Доля, С.О. Носатюк, Хe Джаочан // Радіофізика та електроніка. — 2015. — Т. 6(20), № 3. — С. 49-54. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1028-821X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/106238 621.372.8 Экспериментально исследованы спектральные и энергетические характеристики экранированного полусферического резонатора в режиме вынужденных колебаний типа шепчущей галереи при их возбуждении щелевой линией. Показано, что использование щелевой линии позволяет максимально разредить спектр вынужденных колебаний экранированных резонаторов с исключительным выделением мод шепчущей галереи и достичь наибольшей добротности. Путем экспериментальных исследований и компьютерного моделирования показано, что щелевая линия является волноведущим каналом, обладающим резонансными свойствами. Експериментально досліджено спектральні та енергетичні характеристики екранованого півсферичного резонатора в режимі вимушених коливань шепочучої галереї за їх збудженням щілинною лінією. Показано, що використання щілинної лінії дозволяє максимально розрідити спектр вимушених коливань екранованих резонаторів із виключним виділенням мод шепочучої галереї й досягти найбільшої добротності. Шляхом експериментальних досліджень і комп’ютерного моделювання показано, що щілинна лінія являє собою хвилевідний канал з резонансними властивостями. The spectral and energy characteristics of the shielded halfspherical resonator at the forced oscillations mode are investigated experimentally at using of the slot-line. It is shown that the use of slot-line allows maximally rarefying the spectrum of forced oscillations of the shielded resonators with an exceptional allocation of whispering gallery modes and achieving the greatest Q-factor. The experimental investigation and computer simulation show that the slot-line is a channel waveguide having the resonance properties. ru Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України Радіофізика та електроніка Радиофизика твердого тела и плазмы Возбуждение мод шепчущей галереи в экранированных диэлектрических резонаторах щелевой линией Збудження мод шепочучої галереї в екранованих діелектричних резонаторах щілинною лінією The excitation of the whispering gallery modes in the shielded dielectric resonators by slot-line Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Возбуждение мод шепчущей галереи в экранированных диэлектрических резонаторах щелевой линией
spellingShingle	Возбуждение мод шепчущей галереи в экранированных диэлектрических резонаторах щелевой линией Когут, А.Е. Доля, Р.С. Носатюк, С.О. Джаочан, Хe Радиофизика твердого тела и плазмы
title_short	Возбуждение мод шепчущей галереи в экранированных диэлектрических резонаторах щелевой линией
title_full	Возбуждение мод шепчущей галереи в экранированных диэлектрических резонаторах щелевой линией
title_fullStr	Возбуждение мод шепчущей галереи в экранированных диэлектрических резонаторах щелевой линией
title_full_unstemmed	Возбуждение мод шепчущей галереи в экранированных диэлектрических резонаторах щелевой линией
title_sort	возбуждение мод шепчущей галереи в экранированных диэлектрических резонаторах щелевой линией
author	Когут, А.Е. Доля, Р.С. Носатюк, С.О. Джаочан, Хe
author_facet	Когут, А.Е. Доля, Р.С. Носатюк, С.О. Джаочан, Хe
topic	Радиофизика твердого тела и плазмы
topic_facet	Радиофизика твердого тела и плазмы
publishDate	2015
language	Russian
container_title	Радіофізика та електроніка
publisher	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
format	Article
title_alt	Збудження мод шепочучої галереї в екранованих діелектричних резонаторах щілинною лінією The excitation of the whispering gallery modes in the shielded dielectric resonators by slot-line
description	Экспериментально исследованы спектральные и энергетические характеристики экранированного полусферического резонатора в режиме вынужденных колебаний типа шепчущей галереи при их возбуждении щелевой линией. Показано, что использование щелевой линии позволяет максимально разредить спектр вынужденных колебаний экранированных резонаторов с исключительным выделением мод шепчущей галереи и достичь наибольшей добротности. Путем экспериментальных исследований и компьютерного моделирования показано, что щелевая линия является волноведущим каналом, обладающим резонансными свойствами. Експериментально досліджено спектральні та енергетичні характеристики екранованого півсферичного резонатора в режимі вимушених коливань шепочучої галереї за їх збудженням щілинною лінією. Показано, що використання щілинної лінії дозволяє максимально розрідити спектр вимушених коливань екранованих резонаторів із виключним виділенням мод шепочучої галереї й досягти найбільшої добротності. Шляхом експериментальних досліджень і комп’ютерного моделювання показано, що щілинна лінія являє собою хвилевідний канал з резонансними властивостями. The spectral and energy characteristics of the shielded halfspherical resonator at the forced oscillations mode are investigated experimentally at using of the slot-line. It is shown that the use of slot-line allows maximally rarefying the spectrum of forced oscillations of the shielded resonators with an exceptional allocation of whispering gallery modes and achieving the greatest Q-factor. The experimental investigation and computer simulation show that the slot-line is a channel waveguide having the resonance properties.
issn	1028-821X
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/106238
citation_txt	Возбуждение мод шепчущей галереи в экранированных диэлектрических резонаторах щелевой линией / А.Е. Когут, Р.С. Доля, С.О. Носатюк, Хe Джаочан // Радіофізика та електроніка. — 2015. — Т. 6(20), № 3. — С. 49-54. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT kogutae vozbuždeniemodšepčuŝeigalereivékranirovannyhdiélektričeskihrezonatorahŝelevoiliniei AT dolârs vozbuždeniemodšepčuŝeigalereivékranirovannyhdiélektričeskihrezonatorahŝelevoiliniei AT nosatûkso vozbuždeniemodšepčuŝeigalereivékranirovannyhdiélektričeskihrezonatorahŝelevoiliniei AT džaočanhe vozbuždeniemodšepčuŝeigalereivékranirovannyhdiélektričeskihrezonatorahŝelevoiliniei AT kogutae zbudžennâmodšepočučoígalereívekranovanihdíelektričnihrezonatorahŝílinnoûlíníêû AT dolârs zbudžennâmodšepočučoígalereívekranovanihdíelektričnihrezonatorahŝílinnoûlíníêû AT nosatûkso zbudžennâmodšepočučoígalereívekranovanihdíelektričnihrezonatorahŝílinnoûlíníêû AT džaočanhe zbudžennâmodšepočučoígalereívekranovanihdíelektričnihrezonatorahŝílinnoûlíníêû AT kogutae theexcitationofthewhisperinggallerymodesintheshieldeddielectricresonatorsbyslotline AT dolârs theexcitationofthewhisperinggallerymodesintheshieldeddielectricresonatorsbyslotline AT nosatûkso theexcitationofthewhisperinggallerymodesintheshieldeddielectricresonatorsbyslotline AT džaočanhe theexcitationofthewhisperinggallerymodesintheshieldeddielectricresonatorsbyslotline
first_indexed	2025-11-26T11:41:36Z
last_indexed	2025-11-26T11:41:36Z
_version_	1850619771728429056
fulltext	РРААДДИИООФФИИЗЗИИККАА ТТВВЕЕРРДДООГГОО ТТЕЕЛЛАА ИИ ППЛЛААЗЗММЫЫ ________________________________________________________________________________________________________________ __________ ISSN 1028821X Радиофизика и электроника. 2015. Т. 6(20). № 3 © ИРЭ НАН Украины, 2015 УДК 621.372.8 А. Е. Когут 1 , Р. С. Доля 1 , С. О. Носатюк 1 , Хe Джаочан 2 1 Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины 12, ул. Ак. Проскуры, Харьков, 61085, Украина E-mail: kogut@ire.kharkov.ua 2 Восточно-Китайский НИИ «Фотоэлектроника» ВОЗБУЖДЕНИЕ МОД ШЕПЧУЩЕЙ ГАЛЕРЕИ В ЭКРАНИРОВАННЫХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЗОНАТОРАХ ЩЕЛЕВОЙ ЛИНИЕЙ Экспериментально исследованы спектральные и энергетические характеристики экранированного полусферического резонатора в режиме вынужденных колебаний типа шепчущей галереи при их возбуждении щелевой линией. Показано, что ис- пользование щелевой линии позволяет максимально разредить спектр вынужденных колебаний экранированных резонаторов с исключительным выделением мод шепчущей галереи и достичь наибольшей добротности. Путем экспериментальных исследова- ний и компьютерного моделирования показано, что щелевая линия является волноведущим каналом, обладающим резонансными свойствами. Ил. 6. Библиогр.: 11 назв. Ключевые слова: экранированный диэлектрический резонатор, колебания шепчущей галереи, щелевая линия, электро- динамические характеристики. Диэлектрические резонаторы (ДР) ци- линдрической и сферической формы с модами шепчущей галереи (ШГ), а также их половины, расположенные на плоском проводящем зеркале, обладают признанными достоинствами в милли- метровом диапазоне длин волн. Благодаря своей высокой добротности они нашли применение в ряде активных и пассивных устройств СВЧ-тех- ники [1, 2]. Наибольший интерес с прикладной точки зрения, исходя из задач электромагнитной совместимости, представляют собой экраниро- ванные ДР с модами ШГ. Однако в настоящее время существует целый ряд нерешенных задач, затрудняющих их использование. Экранирование ДР неизбежно приводит к существенному сгущению спектра вынужденных мод. Наряду с высокодобротными модами ШГ в таких резонаторах возбуждаются и так называе- мые лучевые колебания, физическая природа ко- торых близка к природе мод ШГ [3]. Они также формируются волнами, распространяющимися вдоль криволинейной поверхности ДР, и с пози- ций геометрической оптики могут быть представ- лены в виде N-угольников, вписанных в окруж- ность резонатора. В отличие от мод ШГ, поля лучевых колебаний глубже локализованы в мате- риале диэлектрика, хотя и имеют с ними общие области, существование которых позволяет одно- временно возбуждать как моды ШГ, так и луче- вые колебания. Области локализации их полей не имеют ограничения каустическими поверхностя- ми, как в случае мод ШГ, а определяются излу- чающими свойствами источника и геометри- ческими параметрами резонатора. Кроме лучевых колебаний в экранированных ДР могут также возбуждаться колебания типа «бильярд» и «пры- гающий мячик» [3, 4]. Существующие способы разрежения спектра вынужденных колебаний, такие как ис- пользование локальных проводящих зеркал, погло- щающих материалов для подавления паразитных мод колебаний являются недостаточно эффектив- ными [5]. Используемые способы возбуждения мод ШГ в ДР обладают значительными недостатка- ми [1, 2, 6]. С одной стороны, повышение эффек- тивности возбуждения таких мод колебаний в ДР, достигаемое путем расположения локального эле- мента возбуждения в виде щели связи на проводя- щем зеркале ДР в области пучности поля мод ШГ, приводит к снижению добротности по причине существенных дифракционных потерь энергии на краях элемента возбуждения. С другой стороны, широко используемая распределенная связь с ди- электрическим волноводом не позволяет достичь высоких значений параметра связи. Вследствие этого эффективность возбуждения мод ШГ в ДР невысока. Решить одновременно две данные задачи для экранированных ДР позволяет использование щелевой линии. Как было показано в работах [7, 8], щелевая линия позволяет достигать высоких зна- чений параметра связи подводящего волновода с полями колебаний в резонаторе и не вносить до- полнительных потерь энергии. Однако физичес- кие явления, возникающие в экранированных ДР при таком способе их возбуждения, изучены не- достаточно. Кроме того, недостаточно изучены возможности использования щелевой линии для разрежения спектра вынужденных мод экраниро- ванных ДР разных форм. 1. Объект и методика исследования. Схематически объект исследований представлен на рис. 1. Им является экранированный резона- тор. В эксперименте исследовались резонаторы как с воздушным заполнением полости в металле, так и при частичном заполнении диэлектрической резонансной структурой. Ранее в работах [7, 9] было показано, что при определенном соотноше- нии размеров и форм металлического экрана и А. Е. Когут и др. / Возбуждение мод шепчущей… _________________________________________________________________________________________________________________ 50 диэлектрической резонансной структуры, распо- ложенной внутри металлического экрана, воз- можно возбуждение «сверхвысокодобротных» мод ШГ, добротность которых превосходит доб- ротность резонансных систем на основе подоб- ных открытых ДР. Обнаруженный эффект опре- делялся смещением резонансного поля из области диэлектрика в тонкий воздушный зазор между диэлектрической резонансной структурой и ме- таллическим экраном. Кроме того, известно [10], что сам полый металлический экран в форме сфе- ры, радиус кривизны которого значительно пре- восходит длину волны, обладает резонансными свойствами по отношению к высокодобротным модам ШГ. Рис. 1. Объект экспериментальных исследований Итак, экспериментально исследовались электродинамические характеристики экраниро- ванных резонаторов на основе полусферической полости 1 в бруске алюминия 2 радиусом R1  42 мм (рис. 1). Для исследований были вы- браны резонаторы как с воздушным заполнением полусферичекой полости (полый металлический экран), так и с ее частичным заполнением диэлект- рической резонансной структурой в виде полуша- ра радиусом R2  39 мм, выполненного из фторо- пласта-4 (  2,08) (полушаровый экранирован- ный ДР). Диэлектрический полушар располагался внутри металлической полости таким образом, что центры их плоских оснований совпадали. Между диэлектрическим полушаром и металли- ческим экраном образовывался воздушный зазор толщиной 3 мм. Именно в таком экранирован- ном ДР, как было показано ранее, возможно су- ществование «сверхвысокодобротных» мод ШГ. Открытую часть полости, согласно рис. 1, час- тично покрывали плоские локальные латунные зеркала 4 и 7 с размерами, близкими к 50×50×4 мм, с незначительным отличием длины (вдоль радиальной координаты) до 0,5 мм. Их размеры и расположение выбирались согласно ранее проведенным исследованиям, представлен- ным в работах [7, 8]. Как было ранее показано, использование подобных локальных зеркал в экранированных ДР способствует разрежению спектра вынужденных колебаний от мод, поля которых локализованы вблизи центра плоского основания резонатора. Возбуждение мод ШГ в исследуемых экранированных резонаторах осуществлялось с помощью тонкого щелевого зазора 3 между плос- ким основанием металлического экрана резона- тора и локальным металлическим зеркалом 4, который представляет собой волноведущую ли- нию, названную «щелевой линией» [7, 8]. Толщи- на щелевой линии регулировалась специальным прижимным устройством (на рис. 1 не показано) в интервале 30…60 мкм. Элементом возбуждения служила щель связи 5 в виде отрытого конца суженного металлического волновода с размера- ми 7,2×0,5 мм в локальном зеркале 4. Возбужда- ющая щель связи внутри щелевой линии могла изменять свое положение вдоль радиальной ко- ординаты ri путем смещения самого локального зеркала, в котором она располагалась. Вывод энергии резонансного поля из экранированного ДР осуществлялся посредством приемной щели связи 6 с размерами 7,2×0,5 мм в локальном зеркале 7. Приемная щель связи 6, также как и возбуждающая щель связи 5, располагалась в ще- левой линии на противоположной стороне откры- того основания экранированного резонатора и также была подвижной в радиальном направле- нии (координата r0). Исследования проводились в полосе час- тот 32…37 ГГц. Экспериментальным путем ис- следовались зависимости резонансных частот fn, коэффициента ослабления A сигнала на соб- ственной частоте используемых резонаторов и нагруженной добротности Qн от радиальной ко- ординаты r0 приемной щели связи при фиксиро- ванной радиальной координате ri возбуждающей щели связи. Значения резонансных частот опре- делялись с помощью внешнего волномера на ос- нове перестраиваемого объемного резонатора на резонансной частоте, по коэффициенту ослабле- ния сигнала (в дБ), который отображается на экране индикаторного модуля панорамного изме- рителя КСВН. Для определения нагруженной добротности Qн использовался резонансный ме- тод – измерения полного сопротивления [11]. Возбуждающая щель связи и приемная щель свя- зи, представляющие собой элементы подвода и вы- вода энергии, располагались в стенках «щелевой линии» таким образом, что в исследуемых резо- наторах преимущественно формировались поля ТМ-колебаний. Помимо экспериментальных исследова- ний проводилось и компьютерное моделирование волновых процессов в исследуемом резонаторе и связанной с ним щелевой линией как в области расположения источника возбуждения колеба- ний, так и в области приемной щели связи. 4 5 6 7 8 2 1 3 ri r0 А. Е. Когут и др. / Возбуждение мод шепчущей… _________________________________________________________________________________________________________________ 51 Компьютерное моделирование осуществлялось на базе стандартного пакета программного обес- печения CST Microwave Studio 2011 Восточно- Китайского НИИ «Фотоэлектроника». 2. Результаты и их объяснение. Превос- ходство предложенной методики возбуждения мод ШГ в экранированных ДР по сравнению с другими существующими (с точки зрения реше- ния задач разрежения спектра вынужденных ко- лебаний и достижения высокой добротности) наглядно демонстрируют результаты, представ- ленные ниже. На рис. 2, а представлены спектро- граммы при возбуждении колебаний в полушаро- вом экранированном ДР с помощью щелевой ли- нии (возбуждающая и приемная щели связи рас- полагались за пределами резонатора таким обра- зом, что их радиальные координаты составляли ri  –4 мм и r0  –2 мм, соответственно). Поскольку поля колебаний, отличных от мод ШГ, локализо- ваны в середине резонатора, а подвод энергии внешнего электромагнитного поля осуществляется к его краям (в область локализации полей мод ШГ), то при использовании щелевой линии они не возбуждаются. Таким образом, в спектре вынуж- денных колебаний полушарового экранирован- ного ДР удается выделить лишь только моды ШГ. Для сравнения на рис. 2, б представлен спектр вынужденных колебаний данного резона- тора, возбуждаемого щелью связи, расположен- ной внутри резонатора (ri  2 мм, r0  –2 мм). Видно, что его густота существенно затрудняет выделение приоритетных мод ШГ. Как отмеча- лось ранее, в спектре присутствуют колебания, физическая природа которых отлична от мод ШГ. Как видно из рис. 2, эффективность воз- буждения мод ШГ в экранированном резонаторе щелевой линией достаточно высока, поскольку амплитуда резонансного отклика мало отличается от амплитуды резонанса при возбуждении коле- баний локальным источником, расположенным внутри резонатора в области «сильного» поля. а) б) Рис. 2. Спектры вынужденных колебаний полушарового экра- нированного ДР при возбуждении щелевой линией (а) и щелью связи (б) Для оптимизации связи щелевой линии с экранированными резонаторами, а именно для выбора взаимного расположения возбуждающей и приемной щелей связи, экспериментально ис- следовалась зависимость коэффициента ослабле- ния А сигнала на резонансной частоте экраниро- ванного ДР от радиальной координаты возбуж- дающей щели связи в щелевой линии при фикси- рованном положении приемной щели связи. Результаты исследования данной зависимости для возбуждения полого металлического экрана щеле- вой линией представлены графически на рис. 3. Приемная щель связи располагалась в щелевой линии (за пределами резонатора) на расстоянии 2 мм от его края (r0  –2 мм). Представленные результаты соответствуют резонансной частоте fn  33,3 ГГц. Рис. 3. Распределение интенсивности резонансного поля в ще- левой линии с возбуждающей щелью связи Видно наличие максимумов и миниму- мов коэффициента ослабления, которые характе- ризуются соответствующим распределением поля внутри щелевой линии. Очевидно, что наиболь- шая связь достигается при расположении щели связи в пучности поля щелевой линии. Таким образом, представленный график позволяет су- дить не только об эффективности возбуждения мод ШГ в исследуемом резонаторе, но и качест- венно оценить распределение поля в самой щелевой линии. Как видно, оно носит резонансный харак- тер, поскольку формируется стоячей волной. На это указывает характерное периодическое че- редование максимумов и минимумов с интерва- лом, соответствующим половине длины волны. Видно, что наибольшая связь щелевой линии с исследуемым резонатором достигается при рас- положении возбуждающей щели связи в щелевой линии на расстоянии 2 мм от края металлическо- го экрана (ri  2 мм). Интересно отметить сравни- тельно малое затухание волны в щелевой линии, поскольку значения коэффициента ослабления сигнала на частоте исследуемого резонатора в различных точках максимума отличаются незна- чительно. Даже при расположении возбуждаю- ri , мм –16 –14 –12 –10 –8 –6 –4 –2 0 Щелевая линия –13 –18 –23 –28 –33 –38 А , д Б fn  33,3 ГГц –16,8 дБ –15,35 дБ 32,3 33,9 ГГц 32,3 33,9 ГГц А. Е. Когут и др. / Возбуждение мод шепчущей… _________________________________________________________________________________________________________________ 52 щей щели связи в щелевой линии на расстояниях, превышающих длину волны, удается достаточно эффективно возбуждать моды ШГ полого метал- лического экрана. Наличие интерференционной картины резонансного поля как в исследуемом резонаторе, так и в щелевой линии, подтверждают результаты компьютерного моделирования, представленные на рис. 4. Рис. 4. Результаты компьютерного моделирования распреде- ления резонансного поля Внутри резонансной полости металличе- ской полусферы и в щелевой линии в области расположения возбуждающей щели связи обна- руживаются узлы и пучности полей. На рис. 3 приведена кривая (пунктир), которая качественно описывает распределение поля внутри щелевой линии. Проведенный расчет подтверждает экспе- риментальные результаты (сплошная линия). Радиальные координаты максимумов и мини- мумов полей, полученных экспериментальным путем и с помощью компьютерного моделирова- ния, между собой хорошо согласуются. Практический интерес вызывает задача изучения эффективности возбуждения мод ШГ в исследуемых резонаторах при изменении поло- жения приемной щели связи в щелевой линии вдоль радиальной координаты и фиксированном положении возбуждающей щели связи. На рис. 5 представлена графически зависимость коэффици- ента ослабления А сигнала на резонансных часто- тах экранированных резонаторов от радиальной координаты r0 приемной щели связи. Возбужда- ющая щель связи располагалась в точке с ради- альной координатой ri  – 2 мм. Приемная щель связи могла располагаться как в щелевой линии (за пределами резонатора), так и в области поля резонатора (внутри резонансной полости). Сплошной линией соединены значения, получен- ные для металлического экрана, пунктиром – для полушарового экранированного ДР. Интересно, что данная зависимость поз- воляет не только оценить эффективность возбуж- дения мод ШГ в исследуемых резонаторах, но и изучить распределение интенсивности резонанс- ного поля внутри резонатора. ___________________________________________ Рис. 5. Эффективность возбуждения мод ШГ в экранированных резонаторах щелевой линией ___________________________________________ Из графиков рис. 5 следует, что по срав- нению с полушаровым экранированным ДР резо- нансное поле полого металлического экрана лока- лизовано вблизи границы раздела сред металл– воздух, в то время как в полушаровом экраниро- ванном ДР максимум интенсивности резонансного поля удален от края резонатора и располагается внутри диэлектрической резонансной структуры. Этим определяется и более эффективное возбуж- дение щелевой линией мод ШГ в полом металли- fn2  33,35 ГГц fn1  33,27 ГГц r0, мм –14 –12 –10 –8 –6 –4 –2 0 2 4 6 8 10 12 14 Щелевая линия А, дБ Резонатор –7 –9 –11 –13 –15 –17 –19 –21 –23 –25 –27 –29 –31 –33 –35 –37 А. Е. Когут и др. / Возбуждение мод шепчущей… _________________________________________________________________________________________________________________ 53 ческом экране, поскольку источник возбуждения (возбуждающая щель связи) вынесен за пределы резонатора. Также видно, что внутри щелевой линии, в которой располагается приемная щель связи, наблюдается интерференционная картина резо- нансного поля, подобная отмеченной выше в ще- левой линии с возбуждающей щелью связи. При сравнении данных, представленных на рис. 3 и 5, можно отметить, что распределение поля на час- тоте исследуемых резонаторов внутри щелевых линий с возбуждающей и приемной щелями связи могут отличаться. Это может быть обусловлено двумя причинами, а именно незначительным от- личием размеров щелевых линий и области рас- положения в них возбуждающей и приемной ще- лей связи. Это приведет к различию фазовых условий формирования поля в резонаторе (связь с щелевой линией возбуждения) и вывода его энер- гии в щелевую линию с приемной щелью связи. На рис. 5 штрихпунктиром показано ка- чественное распределение поля в щелевой линии, связанной с полым металлическим резонатором, полученное путем компьютерного моделирова- ния. Видно, что, как и в щелевой линии со сторо- ны возбуждающей щели связи, наблюдается хо- рошее согласование результатов эксперименталь- ных и расчетных исследований. Подытоживая полученные данные, мож- но сделать вывод о том, что щелевая линия явля- ется волноведущим каналом, ограниченным дву- мя металлическими плоскостями, размеры кото- рых значительно превышают длину волны. Ин- терференционная картина распределения элек- тромагнитного поля на частоте экранированных резонаторов с выраженными пучностями и узла- ми поля внутри щелевой линии позволяет рас- сматривать ее как резонатор волноводного типа. С одной открытой стороны щелевая линия нагружена экранированным резонатором. Благо- даря этому осуществляется электромагнитная связь между ними. Как отмечалось в работе [7], использование щелевой линии позволяет дости- гать наибольших значений добротности исследу- емых резонаторов из-за отсутствия дополнитель- ных дифракционных потерь энергии резонансно- го поля на краях локального элемента связи. Од- нако ранее добротность полого металлического экрана не исследовалась. На рис. 6 графически представлены зависимости нагруженной доброт- ности Qн полого металлического экрана (пунктир) и полушарового экранированного ДР (сплошная линия) от радиальной координаты r0 приемной щели связи. Радиальная координата возбуждаю- щей щели связи составляла ri = –2 мм. ___________________________________________ Рис. 6. Результаты исследования нагруженной добротности экранированных резонаторов, возбуждаемых щелевой линией ___________________________________________ Очевидно, что по сравнению с полым метал- лическим экраном полушаровый экранированный ДР обладает более высокой добротностью за счет меньших потерь энергии [7]. Как отмечалось ра- нее, поле такого резонатора большей частью сконцентрировано в воздушном зазоре между металлическим экраном и диэлектрической резо- нансной структурой. Поскольку значения коэф- фициента ослабления сигнала на резонансных частотах полого металлического экрана и полу- шарового экранированного ДР отличаются несу- щественно, то можно утверждать, что и значения параметров связи с этими резонаторами близки. На основании этого можно сделать вывод о том, что полушаровый экранированный ДР обладает более высокой добротностью по сравнению с по- лым металлическим экраном. Из рис. 3 видно, что расположение приемной щели связи внутри по- лости резонаторов приводит к существенному снижению добротности за счет потерь дифракци- онных потерь энергии на краях приемной щели связи. Таким образом, связь щелевой линии с –10 –8 –6 –4 –2 0 2 4 6 8 r0, мм Q fn2  34,28 ГГц 4300 3800 3300 2800 2300 1800 1300 800 300 fn1  33,35 ГГц А. Е. Когут и др. / Возбуждение мод шепчущей… _________________________________________________________________________________________________________________ 54 рассматриваемым экранированным резонатором следует рассматривать как электромагнитную связь двух отличающихся по добротности резона- торов. Обеспечение наибольшего значения пара- метра связи между ними осуществляется путем расположения элемента подвода энергии внешне- го электромагнитного поля (щели связи) внутри щелевой линии в области пучностей поля на ре- зонансных частотах высокодобротного экраниро- ванного резонатора. Использование щелевой ли- нии позволяет максимально разредить спектр вынужденных колебаний экранированных резо- наторов с исключительным выделением мод ШГ, а также обеспечивает наибольшую их доброт- ность по причине отсутствия потерь на элементах возбуждения и приема волн ШГ. Выводы. Результаты исследования электро- динамических характеристик щелевой линии по- казывают, что она позволяет максимально разре- дить спектр вынужденных колебаний экраниро- ванного ДР с приоритетным выделением мод ШГ. При этом достигнута высокая добротность экра- нированного ДР при возбуждении мод шепчущей галереи щелевой линией. Использование щелевой линии позволяет эффективно возбуждать колеба- ния ШГ в экранированном ДР без внесения до- полнительных потерь энергии. Библиографический список 1. Диэлектрические резонаторы / М. Е. Ильченко, В. Ф. Взяты- шев, Л. Г. Гассанов и др. – М.: Радио и связь, 1989. – 328 с. 2. Квазиоптические твердотельные резонаторы / А. Я. Кири- ченко, Ю. В. Прокопенко, Ю. Ф. Филиппов, Н. Т. Черпак. – К.: Наук. думка, 2008. – 286 с. 3. Харьковский С. Н. Возбуждение лучевых колебаний в квазиоптических диэлектрических резонаторах с модами шепчущей галереи / С. Н. Харьковский, А. Е. Когут, В. В. Кутузов // Письма в журн. техн. физики. – 1997. – 23, № 15. – С. 25–29. 4. Ганапольский Е. М. О природе квантового хаоса в рассеи- вающей бильярдной К-системе / Е. М. Ганапольский // Доп. НАН України. – 2012. – № 3. – С. 85–91. 5. Вынужденные колебания типа шепчущей галереи в час- тично экранированном полусферическом диэлектриче- ском резонаторе / А. Е. Когут, В. В. Кутузов, В. А. Соло- довник и др. // Письма в журн. техн. физики. – 2001. – 27, вып. 22. – С. 19–23. 6. Когут А. Е. Вынужденные колебания шепчущей галереи в диэлектрических резонаторах миллиметрового диапазона длин волн: дис. ... д-ра физ.-мат. наук / А. Е. Когут; Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. – Х., 2011. – 343 с. 7. Возбуждение высокодобротных колебаний шепчущей галереи в полушаровом экранированном диэлектрическом резонаторе «щелевой линией» / А. Е. Когут, С. О. Носа- тюк, В. А. Солодовник, Р. С. Доля // Изв. вузов. Радио- физика. – 2014. – 54, № 7. – С. 588–595. 8. Реализация режима вынужденных колебаний высших порядков в экранированных диэлектрических резонаторах путем использования щелевой линии / А. Е. Когут, С. О. Носатюк, В. А. Солодовник, Р. С. Доля // Изв. вузов. Радиоэлектрон. – 2014. – 57, № 10. – С. 25–33. 9. Whispering-gallery modes in shielded hemispherical dielectric resonators / S. N. Kharkovsky, Yu. F. Filippov, Z. E. Eremen- ko et al. // IEEE Transaction on Microwave Theory and Tech- niques. – 2002. – MTT-50, Iss. 11. – P. 2647–2649. 10. Когут А. Е. Вынужденные колебания высшего порядка полусферического экрана / А. Е. Когут, В. В. Кутузов, С. Н. Харьковский // Тр. VIII Междунар. Крымской конф. «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии». – Севастополь, 1998. – Т. 1. – С. 158–159. 11. Гинзтон Э. Л. Измерения на сантиметровых волнах / Э. Л. Гинзтон. – М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1960. – 519 с. Рукопись поступила 21.05.2015. A. E. Kogut, R. S. Dolia, S. O. Nosatiuk, He Jaochan THE EXCITATION OF THE WHISPERING GALLERY MODES IN THE SHIELDED DIELECTRIC RESONATORS BY SLOT-LINE The spectral and energy characteristics of the shielded halfspherical resonator at the forced oscillations mode are investi- gated experimentally at using of the slot-line. It is shown that the use of slot-line allows maximally rarefying the spectrum of forced oscillations of the shielded resonators with an exceptional alloca- tion of whispering gallery modes and achieving the greatest Q- factor. The experimental investigation and computer simulation show that the slot-line is a channel waveguide having the reso- nance properties. Key words: shielded dielectric resonator, whispering gallery modes, slot-line, electromagnetic characteristics. О. Є. Когут, Р. С. Доля, С. О. Носатюк, Хe Джаочан ЗБУДЖЕННЯ МОД ШЕПОЧУЧОЇ ГАЛЕРЕЇ В ЕКРАНОВАНИХ ДІЕЛЕКТРИЧНИХ РЕЗОНАТОРАХ ЩІЛИННОЮ ЛІНІЄЮ Експериментально досліджено спектральні та енер- гетичні характеристики екранованого півсферичного резона- тора в режимі вимушених коливань шепочучої галереї за їх збудженням щілинною лінією. Показано, що використання щілинної лінії дозволяє максимально розрідити спектр виму- шених коливань екранованих резонаторів із виключним виді- ленням мод шепочучої галереї й досягти найбільшої доброт- ності. Шляхом експериментальних досліджень і комп’ютер- ного моделювання показано, що щілинна лінія являє собою хвилевідний канал з резонансними властивостями. Ключові слова: екранований діелектричний резо- натор, коливання шепочучої галереї, щілинна лінія, електро- динамічні характеристики.

Возбуждение мод шепчущей галереи в экранированных диэлектрических резонаторах щелевой линией

Репозитарії

Схожі ресурси