Особенности перестройки волноводно-коаксиального резонатора на ТЕМ-колебаниях резонансным короткозамыкающим поршнем

В данной работе экспериментально изучены особенности перестройки волноводно-коаксиального резонатора (ВКР) на ТЕМ-колебаниях с помощью резонансного короткозамыкающего (РКЗ) поршня – одной из разновидностей дроссельных поршней. Показана высокая эффективность РКЗ-поршня. Приведены добротности ВКР, пе...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Радіофізика та електроніка
Дата:	2017
Автори:	Белоус, Р.И., Скуратовский, И.Г., Хазов, О.И., Шахова, А.С.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України 2017
Теми:	Прикладная радиофизика
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130265
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:	Особенности перестройки волноводно-коаксиального резонатора на ТЕМ-колебаниях резонансным короткозамыкающим поршнем / Р.И. Белоус, И.Г. Скуратовский, О.И. Хазов, А.С. Шахова // Радіофізика та електроніка. — 2017. — Т. 22, № 4. — С. 82-87. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-130265
record_format	dspace
spelling	Белоус, Р.И. Скуратовский, И.Г. Хазов, О.И. Шахова, А.С. 2018-02-09T15:55:14Z 2018-02-09T15:55:14Z 2017 Особенности перестройки волноводно-коаксиального резонатора на ТЕМ-колебаниях резонансным короткозамыкающим поршнем / Р.И. Белоус, И.Г. Скуратовский, О.И. Хазов, А.С. Шахова // Радіофізика та електроніка. — 2017. — Т. 22, № 4. — С. 82-87. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1028-821X PACS: 07.57.-с; 77.22.-d DOI: doi.org/10.15407/rej2017.04.082 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130265 621.372.413 В данной работе экспериментально изучены особенности перестройки волноводно-коаксиального резонатора (ВКР) на ТЕМ-колебаниях с помощью резонансного короткозамыкающего (РКЗ) поршня – одной из разновидностей дроссельных поршней. Показана высокая эффективность РКЗ-поршня. Приведены добротности ВКР, перестраиваемых простым и РКЗ-поршнями. Исследования были выполнены в диапазоне 6,7…12,7 ГГц и показали возможность применения РКЗ-поршня для повышения добротности перестраиваемого ВКР на ТЕМ-колебаниях. Даны рекомендации по выбору диаметра волновода. У цій роботі експериментально вивчено особливості перестроювання ХКР на ТЕМ-коливаннях за допомогою РКЗ-поршня – різновиду дросельних поршнів. Показано високу ефективність РКЗ-поршня. Наведено добротності ХКР, перестроюваних КЗ- і РКЗ-поршнями. Дослідження були виконані в діапазоні 6,7…12,7 ГГц та показали можливість застосування РКЗ-поршня для підвищення добротності перестроюваного ХКР на ТЕМ-коливаннях. Надано рекомендації щодо вибору діаметра хвилеводу. In this paper, we have experimentally studied the peculiarities of the WCR tuning on the TEM oscillations using a resonance short-circuit (RSC) plunger, which is one of the varieties of the constrictor plungers. High efficiency of the RSC plunger is shown. The Q-factors of the WCR tunable with simple and RSC plungers are given. The investigations were performed in the range of 6.7…12.7 GHz and suggested the possibility of applying the RSC plunger to improve the Q-factor of the tunable WCR at the TEM oscillations. Recommendations are given for the choice of the waveguide diameter. ru Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України Радіофізика та електроніка Прикладная радиофизика Особенности перестройки волноводно-коаксиального резонатора на ТЕМ-колебаниях резонансным короткозамыкающим поршнем Особливості перестроювання хвилевідно-коаксіального резонатора на ТЕМ-коливаннях резонансним короткозамикаючим поршнем Peculiarities of a waveguide-coaxial resonator on the TEM-oscillations with a resonance short-circuit plunger Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Особенности перестройки волноводно-коаксиального резонатора на ТЕМ-колебаниях резонансным короткозамыкающим поршнем
spellingShingle	Особенности перестройки волноводно-коаксиального резонатора на ТЕМ-колебаниях резонансным короткозамыкающим поршнем Белоус, Р.И. Скуратовский, И.Г. Хазов, О.И. Шахова, А.С. Прикладная радиофизика
title_short	Особенности перестройки волноводно-коаксиального резонатора на ТЕМ-колебаниях резонансным короткозамыкающим поршнем
title_full	Особенности перестройки волноводно-коаксиального резонатора на ТЕМ-колебаниях резонансным короткозамыкающим поршнем
title_fullStr	Особенности перестройки волноводно-коаксиального резонатора на ТЕМ-колебаниях резонансным короткозамыкающим поршнем
title_full_unstemmed	Особенности перестройки волноводно-коаксиального резонатора на ТЕМ-колебаниях резонансным короткозамыкающим поршнем
title_sort	особенности перестройки волноводно-коаксиального резонатора на тем-колебаниях резонансным короткозамыкающим поршнем
author	Белоус, Р.И. Скуратовский, И.Г. Хазов, О.И. Шахова, А.С.
author_facet	Белоус, Р.И. Скуратовский, И.Г. Хазов, О.И. Шахова, А.С.
topic	Прикладная радиофизика
topic_facet	Прикладная радиофизика
publishDate	2017
language	Russian
container_title	Радіофізика та електроніка
publisher	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
format	Article
title_alt	Особливості перестроювання хвилевідно-коаксіального резонатора на ТЕМ-коливаннях резонансним короткозамикаючим поршнем Peculiarities of a waveguide-coaxial resonator on the TEM-oscillations with a resonance short-circuit plunger
description	В данной работе экспериментально изучены особенности перестройки волноводно-коаксиального резонатора (ВКР) на ТЕМ-колебаниях с помощью резонансного короткозамыкающего (РКЗ) поршня – одной из разновидностей дроссельных поршней. Показана высокая эффективность РКЗ-поршня. Приведены добротности ВКР, перестраиваемых простым и РКЗ-поршнями. Исследования были выполнены в диапазоне 6,7…12,7 ГГц и показали возможность применения РКЗ-поршня для повышения добротности перестраиваемого ВКР на ТЕМ-колебаниях. Даны рекомендации по выбору диаметра волновода. У цій роботі експериментально вивчено особливості перестроювання ХКР на ТЕМ-коливаннях за допомогою РКЗ-поршня – різновиду дросельних поршнів. Показано високу ефективність РКЗ-поршня. Наведено добротності ХКР, перестроюваних КЗ- і РКЗ-поршнями. Дослідження були виконані в діапазоні 6,7…12,7 ГГц та показали можливість застосування РКЗ-поршня для підвищення добротності перестроюваного ХКР на ТЕМ-коливаннях. Надано рекомендації щодо вибору діаметра хвилеводу. In this paper, we have experimentally studied the peculiarities of the WCR tuning on the TEM oscillations using a resonance short-circuit (RSC) plunger, which is one of the varieties of the constrictor plungers. High efficiency of the RSC plunger is shown. The Q-factors of the WCR tunable with simple and RSC plungers are given. The investigations were performed in the range of 6.7…12.7 GHz and suggested the possibility of applying the RSC plunger to improve the Q-factor of the tunable WCR at the TEM oscillations. Recommendations are given for the choice of the waveguide diameter.
issn	1028-821X
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/130265
citation_txt	Особенности перестройки волноводно-коаксиального резонатора на ТЕМ-колебаниях резонансным короткозамыкающим поршнем / Р.И. Белоус, И.Г. Скуратовский, О.И. Хазов, А.С. Шахова // Радіофізика та електроніка. — 2017. — Т. 22, № 4. — С. 82-87. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT belousri osobennostiperestroikivolnovodnokoaksialʹnogorezonatoranatemkolebaniâhrezonansnymkorotkozamykaûŝimporšnem AT skuratovskiiig osobennostiperestroikivolnovodnokoaksialʹnogorezonatoranatemkolebaniâhrezonansnymkorotkozamykaûŝimporšnem AT hazovoi osobennostiperestroikivolnovodnokoaksialʹnogorezonatoranatemkolebaniâhrezonansnymkorotkozamykaûŝimporšnem AT šahovaas osobennostiperestroikivolnovodnokoaksialʹnogorezonatoranatemkolebaniâhrezonansnymkorotkozamykaûŝimporšnem AT belousri osoblivostíperestroûvannâhvilevídnokoaksíalʹnogorezonatoranatemkolivannâhrezonansnimkorotkozamikaûčimporšnem AT skuratovskiiig osoblivostíperestroûvannâhvilevídnokoaksíalʹnogorezonatoranatemkolivannâhrezonansnimkorotkozamikaûčimporšnem AT hazovoi osoblivostíperestroûvannâhvilevídnokoaksíalʹnogorezonatoranatemkolivannâhrezonansnimkorotkozamikaûčimporšnem AT šahovaas osoblivostíperestroûvannâhvilevídnokoaksíalʹnogorezonatoranatemkolivannâhrezonansnimkorotkozamikaûčimporšnem AT belousri peculiaritiesofawaveguidecoaxialresonatoronthetemoscillationswitharesonanceshortcircuitplunger AT skuratovskiiig peculiaritiesofawaveguidecoaxialresonatoronthetemoscillationswitharesonanceshortcircuitplunger AT hazovoi peculiaritiesofawaveguidecoaxialresonatoronthetemoscillationswitharesonanceshortcircuitplunger AT šahovaas peculiaritiesofawaveguidecoaxialresonatoronthetemoscillationswitharesonanceshortcircuitplunger
first_indexed	2025-11-26T19:10:24Z
last_indexed	2025-11-26T19:10:24Z
_version_	1850769718002057216
fulltext	ППРРИИККЛЛААДДННАА РРААДДІІООФФІІЗЗИИККАА ________________________________________________________________________________________________________________ __________ ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2017. Т. 22. № 4 © Р. І. Білоус, І. Г. Скуратовський, О. І. Хазов, Г. С. Шахова, 2017 УДК 621.372.413 PACS 07.57.-с; 77.22.-d Р. И. Белоус, И. Г. Скуратовский, О. И. Хазов, А. С. Шахова Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины 12, ул. Акад. Проскуры, Харьков, 61085, Украина Е-mail: briz@ire.kharkov.ua ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕСТРОЙКИ ВОЛНОВОДНО-КОАКСИАЛЬНОГО РЕЗОНАТОРА НА ТЕМ-КОЛЕБАНИЯХ РЕЗОНАНСНЫМ КОРОТКОЗАМЫКАЮЩИМ ПОРШНЕМ Перестраиваемые резонансные структуры служат основой многих сверхвысокочастотных устройств (генераторов, фильтров, волномеров). Одна из разновидностей этих структур – волноводно-диэлектрические и волноводно-коаксиальные резонаторы на запредельных волноводах (ВДР и ВКР). Основная проблема в перестраиваемых резонаторах с подвижным короткозамыкающим (КЗ) поршнем – плохой контакт порш- ня со стенками волновода, снижающий добротность резонатора. Эту проблему можно решить с помощью применения дроссельных поршней. В данной работе экспериментально изучены особенности перестройки ВКР на ТЕМ-колебаниях с помощью резонансного короткозамыкающего (РКЗ) поршня – одной из разновидностей дроссельных поршней. Показана высокая эффективность РКЗ-поршня. Приведены добротности ВКР, перестраиваемых простым и РКЗ-поршнями. Исследования были выполнены в диапазоне 6,7…12,7 ГГц и показали возможность применения РКЗ-поршня для повышения добротности перестраиваемого ВКР на ТЕМ-колебаниях. Даны рекомендации по выбору диаметра волновода. Ил. 6. Табл. 2. Библиогр.: 10 назв. Ключевые слова: волноводно-коаксиальный резонатор, запредельный волновод, резонансная частота, добротность, коротко- замыкающий поршень. Развитие радиоэлектроники заставляет искать новые типы колебательных систем, являющихся основными элементами многих функциональных блоков радиоэлектронной аппаратуры и в значи- тельной степени определяющих ее электрические и конструктивные свойства. В качестве колеба- тельной системы генераторов и усилителей ис- пользуются объемные резонаторы, главным обра- зом коаксиального типа. Такие резонаторы, по- мимо удобства соединения и механической проч- ности, обладают высокой добротностью, высоким резонансным сопротивлением, наибольшим час- тотным диапазоном и в широком диапазоне сво- бодны от паразитных резонансов. Однако при использовании таких резонаторов возникает ряд серьезных трудностей, особенно при конструиро- вании колебательных систем с укорочением дли- ны волны. Основная проблема заключается в необходимости получить высокую надежность работы, определенный закон изменения резонанс- ной частоты и хорошие фильтрующие свойства при малых габаритных размерах. В работах [1–3] были предприняты попытки преодолеть имеющие- ся проблемы, улучшая лишь отдельные свойства резонаторов СВЧ, поэтому поиски путей созда- ния высококачественных резонаторов остаются по-прежнему актуальной задачей. В последнее время внимание специалистов привлекают вол- новодно-коаксиальные резонаторы, отличитель- ной особенностью которых является наличие от- резка коаксиальной линии. Они применяются в различных устройствах, где существенно умень- шение габаритов, разреженность спектра, высо- кая добротность в широком диапазоне частот. Распространенным приспособлением для настрой- ки коаксиальных резонаторов является коротко- замыкающий (КЗ) поршень. Основная проблема в перестраиваемых резо- наторах с подвижным КЗ-поршнем – плохой кон- такт поршня со стенками волновода, что приво- дит к дополнительным потерям энергии в зоне контакта. Для снижения этих потерь применяют различные дроссельные КЗ-поршни [4]. В [5–9] исследована работа дроссельного поршня в волноводно-диэлектрическом (ВДР) и волноводно-коаксиальном резонаторах (ВКР) на запредельных волноводах с колебаниями Н111. Там он назван резонансным КЗ-поршнем (РКЗ-поршнем). Но в ВКР на запредельном волноводе возмо- жен резонанс и на ТЕМ-колебаниях. В работе [10] показано, что ВКР на запредельном волноводе с ТЕМ-колебаниями обладает широким диапазоном плавной перестройки с помощью КЗ-поршня. Это является одним из его достоинств. Здесь экспе- риментально исследована работа РКЗ-поршня в ВКР на запредельном волноводе с ТЕМ-колеба- ниями и проведено сравнение характеристик, по- лученных с РКЗ- и с простыми КЗ-поршнями. 1. Методика и техника экспериментов. На рис. 1 схематично изображены ВКР с простым КЗ-поршнем и РКЗ-поршнем. ВКР состоит из цилиндрического волновода 1, запредельного для волн рабочего диапазона частот. Если резонатор работает на колебаниях Н111, то волновод запре- дельный для волн Н11, если на ТЕМ-колебаниях, то для волн Е01. Внутрь волновода плотно встав- лен металлодиэлектрический элемент (МДЭ) 2. Р. И. Белоус и др. / Особенности перестройки волноводно-коаксиального… _________________________________________________________________________________________________________________ ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2017. Т. 22. № 4 83 a) б) Рис. 1. ВКР с простым (а) и резонансным (б) КЗ-поршнем: 1 – цилиндрический волновод; 2 – МДЭ; 3 – простой КЗ-поршень; 4 – РКЗ-поршень; 5 – центральный проводник возбуждения ВКР Он представляет собой диэлектрический ци- линдр, плотно входящий в волновод; внутри ци- линдра соосно расположен металлический стер- жень. Длина стержня равна длине диэлектриче- ского цилиндра. Если необходим перестраивае- мый ВКР, то в волновод помещают простой КЗ-поршень 3 или РКЗ-поршень 4. Резонансная частота ВКР зависит от диаметров волновода и металлического стержня, относительной диэлект- рической проницаемости  диэлектрика, длины МДЭ и расстояния L между КЗ-поршнем и МДЭ. Резонансная частота ВКР также зависит от среды, заполняющей волновод. Обычно волновод запол- нен воздухом (его  приблизительно равна  ва- куума), поэтому резонансную частоту полагают равной 1. Резонансный КЗ-поршень представляет собой последовательное соединение двух отрезков ко- аксиальных линий с разными волновыми сопро- тивлениями и сплошного направляющего цилин- дра (рис. 1, б). Первый отрезок («головка») имеет малое волновое сопротивление 1Z и диаметр на 0,5…1 мм меньше диаметра волновода, т. е. он не должен касаться стенок волновода. Второй отре- зок («шейка») имеет большое волновое сопротив- ление 2Z и минимально возможный диаметр. На частоте, при которой длины «шейки» и «головки» равны четверти длины волны в соответствующих коаксиальных волноводах (резонансной частоте РКЗ-поршня), можно получить максимальное снижение сопротивления потерь направляющего цилиндра в  221 ZZ раз [1] (потери в проводни- ках линий не учитываются). Это позволяет ис- пользовать РКЗ-поршень для уменьшения потерь, а следовательно, и для увеличения добротности перестраиваемого ВКР. Исследования ВДР с РКЗ-поршнем показали его высокую эффектив- ность для повышения добротности H111-колеба- ния в резонаторе во всем диапазоне перестройки частоты [8, 9]. В ходе эксперимента были исследованы ВКР трех модификаций (табл. 1). ___________________________________________ Таблица 1 Размеры элементов ВКР и параметры диэлектриков МДЭ № ВКР Диаметр волновода, мм МДЭ диаметр внутреннего проводника, мм длина, мм диэлектрик  1 13,05 3,6 5,8 фторопласт-4 2,050 2 7,5 2,0 7,0 фторопласт-4 2,050 3 7,5 2,0 9,5 пенополистирол 1,045 ___________________________________________ Волновод, внутренний проводник МДЭ и поршни были изготовлены из бескислородной меди. Собственная добротность ВКР измерялась ме- тодом коэффициента стоячей волны по напряже- нию (КСВН). Коэффициент связи ВКР с источни- ком сигнала устанавливался подбором расстояния lсв между центральным проводником возбужде- ния и МДЭ. Его значение варьировалось в преде- лах 0,37…0,58, что соответствует КСВН в точке резонанса 2,7…1,72. Измерения производились с применением панорамных измерителей КСВН и ослаблений Р2-60, Р2-61 и частотомера Ч3-54. Длина МДЭ была выбрана такой, чтобы все ВКР входили приблизительно в один диапазон (6,8…12,7 ГГц). При экспериментах с ВКР № 1, кроме измере- ний с двумя видами поршней (простой КЗ-пор- шень и РКЗ-поршень), были проведены и так называемые контрольные измерения. В этом случае торец волновода закрывался хорошо при- тертым медным диском, выполняющим роль КЗ-поршня, который прижимался винтом. МДЭ располагался на заданном расстоянии L от диска. lсв L 1 2 3 5 lсв L 1 2 4 5 Р. И. Белоус и др. / Особенности перестройки волноводно-коаксиального… _________________________________________________________________________________________________________________ 84 ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2017. Т. 22. № 4 Для обеспечения необходимого коэффициента связи было изготовлено несколько волноводов разной длины. Таким образом сводились к мини- муму потери в зоне прилегания диска к волново- ду и получался почти идеальный КЗ-поршень. В измерениях с ВКР № 1 простой КЗ-поршень – это медный цилиндр с размерами приведенными в табл. 2. Разные длины «головки» и «шейки» РКЗ-поршня из меди обусловлены погрешностью изготовления, что существенно не влияет на эф- фективность поршня. Данные длины элементов РКЗ-поршня обеспечивают «равенство» их чет- верти длины волны на частоте 9 ГГц. В измере- ниях с ВКР № 2 и № 3 «равенство» длин элемен- тов РКЗ-поршня четверти длины волны соблюда- ется на частоте 9,4 ГГц. ___________________________________________ Таблица 2 Габаритные размеры поршней № ВКР Поршень «Головка» поршня «Шейка» поршня Тип Длина, мм Диаметр, мм Длина, мм Диаметр, мм Длина, мм Диаметр, мм 1 КЗ 30 на 0,05 мм меньше диаметра волновода – – – – РКЗ – – 8,36 12,50 8,31 7,05 2, 3 КЗ 20 на  0,1 мм меньше диаметра волновода – – – – РКЗ – – 8,0 7,0 7,7 3,8 ___________________________________________ КЗ-поршень максимально влияет на доброт- ность ВКР на самых низких частотах, что соот- ветствует минимальным расстояниям L. Для обеспечения удовлетворительной работы РКЗ-поршня во всем диапазоне перестройки ВКР были выбраны частоты 9,0 и 9,4 ГГц для миними- зации потерь в поршнях. 2. Основные результаты экспериментов. На рис. 2 представлена зависимость частоты ВКР №1 от расстояния L между МДЭ и КЗ-поршнем. Масштаб для L выбран пропорциональным ,L так как при величине L, близкой к нулю, очень крутая кривая перестройки. При выбранном мас- штабе L начальный участок кривой имеет, в пер- вом приближении, линейный характер. 0 2 4 6 8 10 12 7 8 9 10 11 12 13 f, Г Г ц L, мм Рис. 2. Характеристика перестройки ВКР № 1 КЗ-поршнем Частоты ВКР, перестраиваемого с помощью простого КЗ-поршня и РКЗ-поршня, настолько мало отличаются, что погрешность установки L не позволила определить это отличие (кроме точ- ки L  0). В этой точке частота с простым порш- нем и при контрольных измерениях равна 7,72 ГГц, а с РКЗ-поршнем – 7,83 ГГц. При L  10 мм частота с поршнями всех типов одинако- ва и равна 12,68 ГГц. Область на графике (рис. 2), выделенная пунктиром, на рис. 3 изображена в более крупном масштабе. При данных размерах волновода и МДЭ в диапазон перестройки ВКР с ТЕМ-колебаниями попадает и ВКР с колеба- ниями Н111. Так как их перестройка идет навстречу друг другу (частота резонанса на Н111-колебаниях уменьшается с ростом L, а ТЕМ – растет), то в точке L  1,73 мм они должны пересекаться. В действительности пересечения нет. Кривая 1 на рис. 3, при L < 1,5 мм, отображает только резо- нанс на ТЕМ-колебаниях. В точке L  1,5 мм наблюдаются уже два резонанса. Кривая 1 – резо- нанс на ТЕМ-колебаниях, начало кривой 2 – на Н111-колебаниях. В этой точке КСВН ТЕМ-коле- баний ВКР на резонансной частоте около 2, а Н111-колебаний  50 при одном и том же расстоя- нии lсв, т. е. резонанс на Н111-колебаниях только начинает проявляться. В диапазоне L 1,5...1,73 мм сигнал резонанса Н111-колебаний увеличивается и при L  1,73 мм КСВН обоих резонансов равны. При этом, какой из них ТЕМ, а какой Н111, при используемой методике эксперимента определить невозможно. При дальнейшем увеличении L кри- вая 1 уже отображает резонанс Н111-колебаний, а кривая 2 – ТЕМ. При L > 2,1 мм резонанс Н111-колебаний уже не наблюдается. В точке L  1,73 мм кривые 1 и 2 сближаются до 65 МГц Р. И. Белоус и др. / Особенности перестройки волноводно-коаксиального… _________________________________________________________________________________________________________________ ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2017. Т. 22. № 4 85 (расстояние между кривыми по оси частот). Дан- ный эффект можно объяснить асимметрией МДЭ, непараллельностью торцов МДЭ и овальностью поперечного сечения волновода. 1,2 1,6 2,0 11,3 11,4 11,5 11,6 11,7 11,8 11,9 12,0 f, Г Г ц L, мм 1 2 Рис. 3. Выделенная на рис. 2 область перестройки ВКР № 1 в увеличенном масштабе С улучшением симметрии МДЭ уменьшается зона наблюдения резонанса Н111-колебаний и ста- новится меньше расстояние между кривыми в точке их экстремумов. От описанного эффекта полностью избавиться не удается, так как идеаль- но выполнить волновод и МДЭ практически не- возможно. Исследование подобного явления, по- лучившего название междутиповых колебаний, подробно проведено в [11]. На рис. 4 показана зависимость добротности ВКР № 1, перестраиваемого КЗ- и РКЗ-поршнями, от частоты. Крайние левые точки графиков соот- ветствуют L  0 (частоты 7,72…7,83 ГГц), край- ние правые (частота 12,68 ГГц) – L  10 мм. 8 9 10 11 12 13 0 1 2 3 4 3 2 Q ,  1 0  3 f, ГГц 1 Рис. 4. Графики зависимости добротности ВКР № 1 от часто- ты при перестройке КЗ-поршнями разных типов: кривая 1 – перестройка простым КЗ-поршнем; кривая 2 – перестройка РКЗ-поршнем; кривая 3 – контрольные измерения При дальнейшем увеличении L добротность практически не изменялась, а частота увеличи- лась на 15 МГц. Кривая 1 отображает доброт- ность при перестройке простым КЗ-поршнем, кривая 2 – перестройка РКЗ-поршнем, кривая 3 – контрольные измерения (методика описана вы- ше). Сравнительный анализ кривых 1 и 2 показы- вает, что РКЗ-поршень дает выигрыш по доброт- ности в 1,8 и более раз по сравнению с КЗ-порш- нем (до частоты 12 ГГц). Далее кривые сближа- ются из-за уменьшения влияния поршней на доб- ротность резонатора. «Негладкость» кривой 1 объясняется неустойчивостью контакта поршня со стенками волновода. Наилучшая эффектив- ность РКЗ-поршня – на частоте около 9 ГГц, на которую он и рассчитывался. Резкий спад доб- ротности ВКР в точке L  0 происходит из-за плохого контакта металлического стержня МДЭ с КЗ-поршнем. Получить «идеальный» контакт в этой точке для перестраиваемого ВКР практиче- ски невозможно. Следует отметить небольшое снижение добротности в диапазоне 11,6...11,8 ГГц, что соответствует возбуждению резонанса на Н111-колебаниях. Для исключения возможности возбуждения резонанса на Н111-колебаниях в рабочем диапа- зоне ТЕМ-колебаний был изготовлен волновод диаметром 7,5 мм и два МДЭ. Это обеспечило критические частоты волны Н11 в зоне МДЭ для ВКР № 2 – 14,43 ГГц и ВКР № 3 – 20,23ГГц. Кри- тическая частота волны Н11 в зоне «головки» РКЗ-поршня равна 13,16 ГГц. Такие критические частоты исключают в диапазоне частот до 13 ГГц возникновение резонансов на Н111-колебаниях как в ВКР, так и в РКЗ-поршне. Соотношение диа- метров волновода и металлического стержня в ВКР № 2 и ВКР № 3 такое, как и в ВКР № 1. На рис. 5 изображена характеристика пере- стройки ВКР № 2 КЗ-поршнем. Масштаб для L выбран аналогичный рис. 2. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 f, Г Г ц L, мм Рис. 5. Характеристика перестройки ВКР № 2 КЗ-поршнем Перестройка КЗ- и РКЗ-поршнями практически не отличается. Частота изменяется от 6,85 ГГц Р. И. Белоус и др. / Особенности перестройки волноводно-коаксиального… _________________________________________________________________________________________________________________ 86 ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2017. Т. 22. № 4 (для КЗ-поршня) и 6,87 ГГц (для РКЗ-поршня) при L  0 до 12,72 ГГц при L  10. Для ВКР № 3 кри- вая перестройки не приводится, так как ее харак- тер мало отличается от ВКР № 2. Частота ВКР № 3 изменяется от 6,9 ГГц до 12,64 ГГц. Особен- ностей в перестройке нет. На рис. 6 показаны зависимости добротностей ВКР № 2 и № 3 от частоты при перестройке раз- ными КЗ-поршнями. Кривая 1 показывает доб- ротность ВКР № 2, перестраиваемого простым КЗ-поршнем; кривая 2 – РКЗ; кривая 3 – доброт- ность ВКР № 3, перестраиваемого РКЗ-поршнем. Так как рабочие диапазоны частот ВКР № 2 и № 3 близки, то они перестраивались одним и тем же РКЗ-поршнем. 7 8 9 10 11 12 13 0 1 2 3 Q ,  1 0  3 f, ГГц 1 2 3 Рис. 6. Графики зависимости добротности ВКР № 2 и № 3 от частоты при перестройке КЗ-поршнями разных типов: кривая 1 – перестройка ВКР № 2 простым КЗ-поршнем; кривая 2 – пере- стройка ВКР № 2 РКЗ-поршнем; кривая 3 – перестройка ВКР № 3 РКЗ-поршнем Сравнение кривых 1 и 2 показывает, что РКЗ-поршень дает значительный прирост доб- ротности. На частотах до 10,5 ГГц добротность увеличивается в 1,7 и более раз. Далее прирост уменьшается в связи с уменьшением влияния поршня на потери в резонаторе (ослабляется связь). Быстрое увеличение добротности на час- тотах выше 12 ГГц (L >1 мм) объясняется мед- ленным изменением частоты, а влияние поршня на добротность уменьшается по экспоненте. Малая добротность на самой низкой частоте (L  0) в ВКР № 2 и № 3 обусловлена, как и в ВКР № 1, плохим контактом металлического стержня МДЭ с КЗ-поршнем. Сравнение добротностей ВКР № 1 и № 2 (см. кривые 2 на рис. 4 и 6) показывает, что доброт- ность ВКР № 2 меньше в 1,42,1 раза. Это, в основном, связано с уменьшением объема резо- натора в одном и том же диапазоне частот. Для увеличения добротности в ВКР № 3 в качестве диэлектрика МДЭ был использован пенополисти- рол. Он имеет меньшие потери, чем фторопласт, что дает увеличение добротности. Кривая 3 (на рис. 6) отображает добротность ВКР № 3, пере- страиваемого РКЗ-поршнем. Таким образом, уда- лось увеличить добротность в 1,31,5 раза. Большое отличие частот ВКР № 1 в точке L  0 при перестройках КЗ- и РКЗ-поршнями, по сравнению с ВКР № 2, можно объяснить влияни- ем резонанса на Н111-колебаниях в РКЗ-поршне. Измеренная частота этого резонанса 7,6 ГГц. Оптимальный выбор диаметра волновода (критические частоты зон МДЭ и «головки» РКЗ-поршня для волн Н11 – больше максимальной частоты ВКР) позволяет избавиться от «посто- ронних» резонансов. Следует учитывать, что с уменьшением диаметра волновода будет падать добротность резонатора. В работе [6] показана возможность получения широкого диапазона пе- рестройки ВКР с Н111-колебаниями (до 1,6), но его добротность не превышает добротность ВКР № 2. Выводы. В работе исследованы характерис- тики собственных частот и добротностей ТЕМ-колебания в ВКР на запредельном волноводе. Показана хорошая эффективность РКЗ-поршня при перестройке резонатора и его удовлетвори- тельная работа в широком диапазоне частот ( minmax ff  1,6, если L  0,01 мм). К недостаткам ВКР на ТЕМ-колебаниях сле- дует отнести: 1) невозможность использования точки L  0 (непредсказуемая добротность резонатора в этой точке); 2) большую крутизну характеристики пере- стройки частоты при малых L, что требует высо- кой точности механизма перемещения поршня. Библиографический список 1. Плодухин Б. В. Коаксиальные диапазонные резонаторы. Москва: Советское радио, 1965. 240 с. 2. Орлов С. И. Расчет и конструирование коаксиальных резонаторов. Москва: Советское радио, 1970. 253 с. 3. Воинов Б. С. Широкодиапазонные колебательные систе- мы СВЧ. Москва: Советское радио, 1973. 304 с. 4. Лебедев И. В. Техника и приборы сверхвысоких частот. Москва–Ленинград: Госэнергоиздат, 1961. Т. 1. 512 с. 5. Белоус Р. И., Мартынюк С. П., Моторненко А. П., Скура- товский И. Г. Свойства перестраиваемого волноводно- диэлектрического резонатора милиметрового диапазона с повышенной добротностью. Радиофизика и электроника. 2015. Т. 6(20), № 1. С. 81–84. 6. Белоус Р. И., Моторненко А. П., Скуратовский И. Г., Ха- зов О. И. Особенности волноводно-диэлектрического ре- зонатора с резонансным короткозамыкающим поршнем. Радиофизика и электроника. 2014. Т. 5(19), № 2. С. 90–93. 7. Белоус Р. И., Мартынюк С. П., Моторненко А. П., Скура- товский И. Г., Хазов О. И. Свойства волноводно- Р. И. Белоус и др. / Особенности перестройки волноводно-коаксиального… _________________________________________________________________________________________________________________ ISSN 1028821X. Радіофізика та електроніка. 2017. Т. 22. № 4 87 диэлектрического резонатора с резонансным коротко- замыкающим поршнем. Радиотехника. 2013. Вып. 174. С. 53–57. 8. Моторненко А. П., Скуратовский И. Г., Хазов О. И. Вол- новодно-диэлектрический резонатор с резонансным ко- роткозамыкающим поршнем. Радиофизика и электро- ника. 2012. Т. 3(17), № 4. С. 14–17. 9. Bilous R. I., Motornenko A. P., Khazov O. I., Skuratovskiy I. G. Waveguide-coaxial resonator with wide-range frequency tun- ing and increased Q-factor. Telecommunications and Radio Engineering. 2016. Vol. 75, Iss. 10. P. 887–894. 10. Мартынюк С. П., Моторненко А. П., Скуратовский И. Г., Хазов О. И. Т- и Н-колебания в волноводно-коаксиальном резонаторе. Радиофизика и электроника: сб. науч. тр. Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. Харьков, 2009. Т. 14, № 1. С. 7–10. 11. Шестопалов В. П. Морсовские критические точки диспер- сионных уравнений. Киев: Наукова думка, 1992. 240 с. REFERENCES 1. Ploduhin, B. V., 1965. Coaxial band resonators. Moscow: Sovetskoe Radio Publ. (in Russian). 2. Orlov, S. I., 1970. Calculation and design of coaxial resona- tors. Moscow: Sovetskoe Radio Publ. (in Russian). 3. Voinov, B. S., 1973. Wide-range microwave oscillation sys- tems. Moscow: Sovetskoe Radio Publ. (in Russian). 4. Lebedev, I. V., 1961. Equipment and devices at microwave frequencies. Moscow-Leningrad: Gosenergoizdat Publ. (in Russian). 5. Belous, R. I., Martynyuk, C. P., Motornenko, A. P., Sku- ratovskiy, I. G., 2015. Properties of tunable waveguide- dielectric resonator of millimeter range with high Q-factor. Radiofizika i elektronika, 6(20), pp. 81–84 (in Russian). 6. Belous, R. I., Motornenko, A. P., Skuratovskiy, I. G., Khazov, O. I., 2014. Peculiarities of waveguide-dielectric resonator with short-circuit plunger. Radiofizika i elektronika, 5(19), pp. 90–93 (in Russian). 7. Belous, R. I., Martynyuk, C. P., Motornenko, A. P., Sku- ratovskiy, I. G., Khazov, O. I., 2013. Properties of waveguide- dielectric resonator with resonance short-circuit plunger. Ra- diotehnika, 174, pp. 55–57 (in Russian). 8. Motornenko, A. P., Skuratovskiy, I. G., Khazov, O. I., 2012. Waveguide-dielectric resonator with resonance short-circuit plunger. Radiofizika i elektronika, 3(17), pp. 14–17 (in Rus- sian). 9. Belous, R. I., Motornenko, A. P., Khazov, O. I., Skuratovskiy, I. G., 2016. Waveguide-coaxial resonator with wide-range frequency tuning and increased Q-factor. Telecommunications and Radio Engineering. 75(10), pp. 887–894. 10. Martynyuk, C. P., Motornenko, A. P., Skuratovskiy, I. G., Khazov, O. I., 2009. Т- and Н-modes in waveguide-coaxial resonator. In: V. M. Yakovenko, ed. 2009. Radiofizika i elektronika. Kharkov: IRE NAS of Ukraine Publ. 14(1), pp. 7–10 (in Russian). 11. Shestopalov, V. P., 1992. Morse critical points of dispersion equations. Kiyev: Naukova Dumka Publ. (in Russian). Рукопись поступила 18.09.2017. R. I. Belous, I. G. Skuratovskiy, O. I. Khazov, A. S. Shakhova PECULIARITIES OF A WAVEGUIDE-COAXIAL RESONATOR ON THE TEM-OSCILLATIONS WITH A RESONANCE SHORT-CIRCUIT PLUNGER Tunable resonant structures serve as the basis for many micro- wave devices (generators, filters, wavemeters). One of the varieties of these structures is waveguide-dielectric and waveguide-coaxial resonators on the evanescent waveguides (WDR and WCR). The main problem for tunable resonators with a moving short- circuit (SC) plunger is a poor contact between the plunger and the waveguide walls, reducing the quality factor of the resonator. This problem can be solved by using the constrictor plungers. In this paper, we have experimentally studied the peculiarities of the WCR tuning on the TEM oscillations using a resonance short-circuit (RSC) plunger, which is one of the varieties of the constrictor plungers. High efficiency of the RSC plunger is shown. The Q-factors of the WCR tunable with simple and RSC plungers are given. The investigations were performed in the range of 6.7…12.7 GHz and suggested the possibility of applying the RSC plunger to im- prove the Q-factor of the tunable WCR at the TEM oscillations. Recommendations are given for the choice of the waveguide di- ameter. Key words: waveguide-coaxial resonator, evanescent wave- guide, resonance frequency, Q-factor, short-circuit plunger. Р. І. Білоус, І. Г. Скуратовський, О. І. Хазов, Г. С. Шахова ОСОБЛИВОСТІ ПЕРЕСТРОЮВАННЯ ХВИЛЕВІДНО-КОАКСІАЛЬНОГО РЕЗОНАТОРА НА ТЕМ-КОЛИВАННЯХ РЕЗОНАНСНИМ КОРОТКОЗАМИКАЮЧИМ ПОРШНЕМ Перестроювані резонансні структури є основою багатьох надвисокочастотних приладів (генераторів, фільтрів, хвиле- мірів). Одним з різновидів цих структур є хвилевідно- діелектричні та хвилевідно-коаксіальні резонатори на позамеж- них хвилеводах (ХДР та ХКР). Основною проблемою в перестроюваних резонаторах з рухомим короткозамикаючим (КЗ) поршнем є недосконалий контакт поршня зі стінками хвилеводу, що знижує доброт- ність резонатора. Цю проблему можна вирішити за допомо- гою дросельних поршнів. У цій роботі експериментально вивчено особливості пере- строювання ХКР на ТЕМ-коливаннях за допомогою РКЗ- поршня – різновиду дросельних поршнів. Показано високу ефективність РКЗ-поршня. Наведено добротності ХКР, пере- строюваних КЗ- і РКЗ-поршнями. Дослідження були виконані в діапазоні 6,7…12,7 ГГц та показали можливість застосування РКЗ-поршня для підви- щення добротності перестроюваного ХКР на ТЕМ-коливан- нях. Надано рекомендації щодо вибору діаметра хвилеводу. Ключові слова: хвилевідно-коаксіальний резонатор, поза- межний хвилевід, резонансна частота, добротність, коротко- замикаючий поршень.

Особенности перестройки волноводно-коаксиального резонатора на ТЕМ-колебаниях резонансным короткозамыкающим поршнем

Репозитарії

Схожі ресурси