Радиационные потери сосредоточенных элементов связи открытых резонаторов

Представлены результаты экспериментального исследования радиационных потерь энергии, имеющих место при возбуждении открытого резонатора (ОР) или выводе из него энергии сосредоточенным элементом связи (ЭС). Модифицированы два предложенных ранее метода измерений, один из которых основан на измерении к...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Радіофізика та електроніка
Date:	2011
Main Authors:	Гламаздин, В.В., Натаров, М.П., Скресанов, В.Н., Шубный, А.И.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України 2011
Subjects:	Мікрохвильова електродинаміка
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78066
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Радиационные потери сосредоточенных элементов связи открытых резонаторов / В.В. Гламаздин, М.П. Натаров, В.Н. Скресанов, А.И. Шубный // Радіофізика та електроніка. — 2011. — Т. 2(16), № 3. — С. 12-25. — Бібліогр.: 19 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-78066
record_format	dspace
spelling	Гламаздин, В.В. Натаров, М.П. Скресанов, В.Н. Шубный, А.И. 2015-03-10T19:14:01Z 2015-03-10T19:14:01Z 2011 Радиационные потери сосредоточенных элементов связи открытых резонаторов / В.В. Гламаздин, М.П. Натаров, В.Н. Скресанов, А.И. Шубный // Радіофізика та електроніка. — 2011. — Т. 2(16), № 3. — С. 12-25. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. 1028-821X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78066 621.372:53.08 Представлены результаты экспериментального исследования радиационных потерь энергии, имеющих место при возбуждении открытого резонатора (ОР) или выводе из него энергии сосредоточенным элементом связи (ЭС). Модифицированы два предложенных ранее метода измерений, один из которых основан на измерении квадратов амплитуд полей в ОР и связанных с ним волноводах (метод баланса мощностей), а другой на измерении импеданса ОР, представленного с помощью эквивалентной схемы замещения (импедансный метод). Обоснована эквивалентная схема ОР, учитывающая прямое излучение ЭС в свободное пространство и излучение из-за рассеяния резонансного поля на ЭС. Исследованы ЭС двух типов, наиболее часто используемых в ОР мм диапазона: отверстие в диафрагме на зеркале и зауженный открытый конец волновода (щель) на зеркале. Приведены результаты измерений отдельных составляющих радиационных потерь и их влияние на эффективность возбуждения ОР и вывода энергии из ОР. Выявлены факторы, приводящие к снижению эффективности возбуждения ОР. Дана сравнительная характеристика ЭС двух типов, показано, что ЭС в виде щелей в целом имеют более высокую эффективность, чем ЭС в виде отверстий. The results of experimental investigation of the radiation losses that take place under the open resonator excitation or energy output process are presented. Two methods of measurements were modified and used for investigations. One of them is based on the power measurements in open resonator and coupling waveguides (the method of power balance). The second method is based on the measurement of the resonator impedance and on the presentation of open resonator by equivalent circuit (the impedance method). The equivalent circuit which take into account the direct radiation of coupling element to free space and scattering of the resonant field by the coupling element was substantiated. Two types of coupling elements have been studied: the hole in the thin metal wall on the surface of the mirror which is connected to the rectangular waveguide and the narrow slot on the mirror surface which is smoothly transformed to rectangular waveguide. The reasons which decrease excitation efficiency and power output efficiency of open resonator have been found. Comparison of the characteristics of different coupling elements has been done. It has been shown that slot coupling elements are more effective generally, than hole coupling elements. Подано результати експериментального дослідження радіаційних втрат енергії, які мають місце при збудженні відкритого резонатора (ВР) або виведенні з нього енергії зосередженим елементом зв’язку (ЕЗ). Модифіковано запропоновані раніше два методи вимірювань, один з яких оснований на вимірюванні квадратів амплітуд полів у ВР та зв’язаних з ним хвилеводах (метод балансу потужностей), а другий на вимірюванні імпедансу ВР, який представлено за допомогою еквівалентної схеми заміщення (імпедансний метод). Обґрунтовано еквівалентну схему ВР, яка враховує пряме випромінювання ЕЗ у вільний простір та випромінювання через розсіювання резонансного поля на ЕЗ. Досліджено ЕЗ двох типів, які найбільш часто використовують у ВР мм діапазону: отвір у діафрагмі на дзеркалі та звужений відкритий кінець хвилеводу (щілина) на дзеркалі. Приведено результати вимірювань окремих складових радіаційних втрат та їх вплив на ефективність збудження ВР та виведення енергії з ВР. Виявлено фактори, які спричиняють зниження ефективності збудження ВР. Зроблено порівняльну характеристику ЕЗ двох типів, показано, що ЕЗ у вигляді щілин в цілому мають більш високу ефективність, ніж ЕЗ у вигляді отворів. ru Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України Радіофізика та електроніка Мікрохвильова електродинаміка Радиационные потери сосредоточенных элементов связи открытых резонаторов Radiation losses of the local coupling elements of open resonators Радіаційні втрати зосереджених елементів зв`язку відкритих резонаторів Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Радиационные потери сосредоточенных элементов связи открытых резонаторов
spellingShingle	Радиационные потери сосредоточенных элементов связи открытых резонаторов Гламаздин, В.В. Натаров, М.П. Скресанов, В.Н. Шубный, А.И. Мікрохвильова електродинаміка
title_short	Радиационные потери сосредоточенных элементов связи открытых резонаторов
title_full	Радиационные потери сосредоточенных элементов связи открытых резонаторов
title_fullStr	Радиационные потери сосредоточенных элементов связи открытых резонаторов
title_full_unstemmed	Радиационные потери сосредоточенных элементов связи открытых резонаторов
title_sort	радиационные потери сосредоточенных элементов связи открытых резонаторов
author	Гламаздин, В.В. Натаров, М.П. Скресанов, В.Н. Шубный, А.И.
author_facet	Гламаздин, В.В. Натаров, М.П. Скресанов, В.Н. Шубный, А.И.
topic	Мікрохвильова електродинаміка
topic_facet	Мікрохвильова електродинаміка
publishDate	2011
language	Russian
container_title	Радіофізика та електроніка
publisher	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
format	Article
title_alt	Radiation losses of the local coupling elements of open resonators Радіаційні втрати зосереджених елементів зв`язку відкритих резонаторів
description	Представлены результаты экспериментального исследования радиационных потерь энергии, имеющих место при возбуждении открытого резонатора (ОР) или выводе из него энергии сосредоточенным элементом связи (ЭС). Модифицированы два предложенных ранее метода измерений, один из которых основан на измерении квадратов амплитуд полей в ОР и связанных с ним волноводах (метод баланса мощностей), а другой на измерении импеданса ОР, представленного с помощью эквивалентной схемы замещения (импедансный метод). Обоснована эквивалентная схема ОР, учитывающая прямое излучение ЭС в свободное пространство и излучение из-за рассеяния резонансного поля на ЭС. Исследованы ЭС двух типов, наиболее часто используемых в ОР мм диапазона: отверстие в диафрагме на зеркале и зауженный открытый конец волновода (щель) на зеркале. Приведены результаты измерений отдельных составляющих радиационных потерь и их влияние на эффективность возбуждения ОР и вывода энергии из ОР. Выявлены факторы, приводящие к снижению эффективности возбуждения ОР. Дана сравнительная характеристика ЭС двух типов, показано, что ЭС в виде щелей в целом имеют более высокую эффективность, чем ЭС в виде отверстий. The results of experimental investigation of the radiation losses that take place under the open resonator excitation or energy output process are presented. Two methods of measurements were modified and used for investigations. One of them is based on the power measurements in open resonator and coupling waveguides (the method of power balance). The second method is based on the measurement of the resonator impedance and on the presentation of open resonator by equivalent circuit (the impedance method). The equivalent circuit which take into account the direct radiation of coupling element to free space and scattering of the resonant field by the coupling element was substantiated. Two types of coupling elements have been studied: the hole in the thin metal wall on the surface of the mirror which is connected to the rectangular waveguide and the narrow slot on the mirror surface which is smoothly transformed to rectangular waveguide. The reasons which decrease excitation efficiency and power output efficiency of open resonator have been found. Comparison of the characteristics of different coupling elements has been done. It has been shown that slot coupling elements are more effective generally, than hole coupling elements. Подано результати експериментального дослідження радіаційних втрат енергії, які мають місце при збудженні відкритого резонатора (ВР) або виведенні з нього енергії зосередженим елементом зв’язку (ЕЗ). Модифіковано запропоновані раніше два методи вимірювань, один з яких оснований на вимірюванні квадратів амплітуд полів у ВР та зв’язаних з ним хвилеводах (метод балансу потужностей), а другий на вимірюванні імпедансу ВР, який представлено за допомогою еквівалентної схеми заміщення (імпедансний метод). Обґрунтовано еквівалентну схему ВР, яка враховує пряме випромінювання ЕЗ у вільний простір та випромінювання через розсіювання резонансного поля на ЕЗ. Досліджено ЕЗ двох типів, які найбільш часто використовують у ВР мм діапазону: отвір у діафрагмі на дзеркалі та звужений відкритий кінець хвилеводу (щілина) на дзеркалі. Приведено результати вимірювань окремих складових радіаційних втрат та їх вплив на ефективність збудження ВР та виведення енергії з ВР. Виявлено фактори, які спричиняють зниження ефективності збудження ВР. Зроблено порівняльну характеристику ЕЗ двох типів, показано, що ЕЗ у вигляді щілин в цілому мають більш високу ефективність, ніж ЕЗ у вигляді отворів.
issn	1028-821X
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78066
citation_txt	Радиационные потери сосредоточенных элементов связи открытых резонаторов / В.В. Гламаздин, М.П. Натаров, В.Н. Скресанов, А.И. Шубный // Радіофізика та електроніка. — 2011. — Т. 2(16), № 3. — С. 12-25. — Бібліогр.: 19 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT glamazdinvv radiacionnyepoterisosredotočennyhélementovsvâziotkrytyhrezonatorov AT natarovmp radiacionnyepoterisosredotočennyhélementovsvâziotkrytyhrezonatorov AT skresanovvn radiacionnyepoterisosredotočennyhélementovsvâziotkrytyhrezonatorov AT šubnyiai radiacionnyepoterisosredotočennyhélementovsvâziotkrytyhrezonatorov AT glamazdinvv radiationlossesofthelocalcouplingelementsofopenresonators AT natarovmp radiationlossesofthelocalcouplingelementsofopenresonators AT skresanovvn radiationlossesofthelocalcouplingelementsofopenresonators AT šubnyiai radiationlossesofthelocalcouplingelementsofopenresonators AT glamazdinvv radíacíinívtratizoseredženihelementívzvâzkuvídkritihrezonatorív AT natarovmp radíacíinívtratizoseredženihelementívzvâzkuvídkritihrezonatorív AT skresanovvn radíacíinívtratizoseredženihelementívzvâzkuvídkritihrezonatorív AT šubnyiai radíacíinívtratizoseredženihelementívzvâzkuvídkritihrezonatorív
first_indexed	2025-11-25T22:31:39Z
last_indexed	2025-11-25T22:31:39Z
_version_	1850565952492535808
fulltext	ММІІККРРООХХВВИИЛЛЬЬООВВАА ЕЕЛЛЕЕККТТРРООДДИИННААММІІККАА _________________________________________________________________________________________________________________ __________ ISSN 1028−821X Радіофізика та електроніка, 2011, том 2(16), № 3 © ІРЕ НАН України, 2011 УДК 621.372:53.08 В. В. Гламаздин, М. П. Натаров, В. Н. Скресанов, А. И. Шубный РАДИАЦИОННЫЕ ПОТЕРИ СОСРЕДОТОЧЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СВЯЗИ ОТКРЫТЫХ РЕЗОНАТОРОВ Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины 12, ул. Ак. Проскуры, Харьков, 61085, Украина E-mail: skresanov@ire.kharkov.ua Представлены результаты экспериментального исследования радиационных потерь энергии, имеющих место при возбу- ждении открытого резонатора (ОР) или выводе из него энергии сосредоточенным элементом связи (ЭС). Модифицированы два предложенных ранее метода измерений, один из которых основан на измерении квадратов амплитуд полей в ОР и связанных с ним волноводах (метод баланса мощностей), а другой на измерении импеданса ОР, представленного с помощью эквивалентной схемы замещения (импедансный метод). Обоснована эквивалентная схема ОР, учитывающая прямое излучение ЭС в свободное простран- ство и излучение из-за рассеяния резонансного поля на ЭС. Исследованы ЭС двух типов, наиболее часто используемых в ОР мм диапазона: отверстие в диафрагме на зеркале и зауженный открытый конец волновода (щель) на зеркале. Приведены результаты измерений отдельных составляющих радиационных потерь и их влияние на эффективность возбуждения ОР и вывода энергии из ОР. Выявлены факторы, приводящие к снижению эффективности возбуждения ОР. Дана сравнительная характеристика ЭС двух типов, показано, что ЭС в виде щелей в целом имеют более высокую эффективность, чем ЭС в виде отверстий. Ил. 9. Табл. 2. Библиогр.: 19 назв. Ключевые слова: открытый резонатор, элемент связи, радиационные потери, эффективность возбуждения, эффектив- ность вывода энергии, добротность, эквивалентная схема резонатора. Сосредоточенные элементы связи (ЭС) типа «щель» или «отверстие на зеркале», связы- вающие открытый резонатор (ОР) с волноводом, являются самыми простыми и распространенны- ми видами устройств связи, применяемых в ОР в см и мм диапазонах длин волн. Такие устройства связи в открытых системах всегда имеют радиа- ционные потери, что связано, во-первых, с излу- чением части не расходуемой на возбуждение резонансного колебания энергии в свободное пространство, (так называемый «нерезонансный фон»), и во-вторых, с рассеянием на ЭС поля ре- зонансного колебания [1−3]. Чтобы описать эти процессы количественно, было введено понятие «эффективность возбуждения ОР» [2]. Ряд после- дующих теоретических и экспериментальных работ был посвящен главным образом принципи- альному ответу на вопрос: возможно ли сосредо- точенными устройствами связи возбуждать с вы- сокой эффективностью ОР? Результаты, полу- ченные в работах [4−7], показали, что эффектив- ность возбуждения ОР сосредоточенными ЭС может достигать величины 0,9 и более, а может и снижаться до малых значений. Рассматривалась также эффективность вывода энергии из ОР через такие ЭС [4, 7−9], и было показано, что эта величи- на определяется рассеивающими свойствами ЭС. Чтобы более детально проанализировать процесс возбуждения ОР, была предложена фе- номенологическая двумерная модель связи ОР с волноводом [8−10]. В общем виде были выявлены факторы, приводящие к снижению эффективнос- тей возбуждения ОР и выводу энергии из ОР через сосредоточенный ЭС. Однако эти факторы реализуются в реальных ЭС различных типов с особенностями, присущими конкретному типу ЭС. Отсюда вытекает задача проведения системати- ческих экспериментальных исследований харак- теристик связи ОР с волноводом для разных ти- пов сосредоточенных ЭС. Другая важная задача – совершенствование экспериментальных методов исследования радиационных потерь в ЭС ОР с целью измерения характеристик обеих состав- ляющих радиационных потерь: нерезонансного фона и резонансного рассеяния. Один из предложенных нами методов экспериментального исследования радиационных потерь ЭС ОР обоснован в работе [4]. В основу положено измерение баланса мощностей: посту- пающей по волноводу в ОР мощности в режиме вынужденных колебаний и мощности потерь на- груженного ОР. Для нахождения запасенной и теряемой в ОР энергии используются специаль- ные методы калибровки применяемых в ОР ЭС и измерения собственной и нагруженной доброт- ности. Необходимо также рассчитать, либо изме- рить, распределение амплитуды поля по объему резонатора. В данной работе показано, что прока- либровав соответствующим образом исследуе- мый ЭС, можно определить как резонансное рас- сеяние, так и нерезонансный фон такого ЭС. Другим плодотворным подходом к экс- периментальному изучению радиационных по- терь ЭС ОР является импедансный метод [6, 11]. Согласно этому методу из физических соображе- ний постулируется эквивалентная схема ОР, свя- занного с волноводом, и строится методика изме- рений номиналов элементов эквивалентной схемы. После этого требуемые характеристики ЭС вы- числяются по формулам, полученным из анализа эквивалентной схемы. Метод импеданса приме- ним к ОР любого типа и позволяет дополнитель- В. В. Гламаздин и др. / Радиационные потери сосредоточенных... _________________________________________________________________________________________________________________ 13 но рассчитать нормированные мощности резо- нансной и нерезонансной составляющих радиа- ционных потерь ЭС. В работах [6, 11, 12] для моделирования радиационных потерь в ЭС ОР применялась тра- диционная эквивалентная схема, которая была предложена для объемных резонаторов с потерями в ЭС. С помощью этой схемы в явном виде описы- ваются нерезонансные потери в ЭС ОР. В нашей работе будет показано, что величина «эффектив- ность возбуждения ОР», полученная на основе традиционной эквивалентной схемы [6, 11], не со- ответствует определению величины «эффектив- ность возбуждения ОР», введенному в работе [2], поскольку резонансное рассеяние на ЭС неявно входит в собственные потери эквивалентного резонансного контура. И лишь в работе [13] в эквивалентную схему ОР в явном виде введен импеданс, описывающий резонансное рассеяние. Необходимость введения импеданса, учитывающе- го резонансное рассеяние, следовала из тщательно- го анализа коэффициента отражения ОР [11], рас- считанного в рамках предложенной нами ранее тео- ретической модели ОР [8−10]. Проведенные изме- рения подтвердили необходимость введения импе- данса, описывающего резонансное рассеяние [14]. Следует отметить, что эквивалентная схема ОР в [15] содержит сопротивление, описывающее рассеяние на ЭС, но в целом эта схема не верна. Достаточно лишь заметить, что в соответствии с эквивалентной схемой [15] при больших расстрой- ках частоты возбуждающего ОР сигнала относи- тельно резонансной частоты, модуль коэффициен- та отражения будет стремиться к единице, в то время как прямые измерения коэффициента отра- жения ОР в диапазоне частот дают значения меньше единицы, в чем и состоит принципиальное отличие характеристик возбуждения ОР от харак- теристик возбуждения объемных резонаторов. Целью настоящей работы является экс- периментальное исследование радиационных по- терь сосредоточенных ЭС, применяемых в ОР мм диапазона волн. Для достижения цели оба вышеупомянутых метода измерений были разви- ты и применены для проведения эксперименталь- ного исследования характеристик ОР с сосредо- точенными ЭС в виде щели на зеркале, плавно переходящей в стандартный волновод, и ЭС в виде отверстия в диафрагме на зеркале, разде- ляющей ОР и волновод. Проведено сравнение характеристик ОР с ЭС обоих типов при различ- ной степени связи ОР с волноводом, дана физиче- ская интерпретация полученным результатам. 1. Волновые процессы в ОР и эффек- тивность сосредоточенных ЭС. В начале рас- смотрим режим свободных колебаний. Волновой процесс в ОР и волноводе можно представить с помощью схемы (рис. 1), аналогичной приве- денной в работе [3], в виде составляющих, обу- словленных процессами отражения, рассеяния, дифракции и поглощения падающей по волново- ду на ОР электромагнитной волны. Рис. 1. ОР в режиме свободных колебаний Если ОР не связан с внешними линиями передачи и в нем нет никаких ЭС, то колебания электромагнитного поля происходят на частоте 0f − частоте собственного резонанса. В случае наличия ЭС в ОР происходят колебания на часто- те Lf − частоте нагруженного резонанса, при этом учитывая, что для высокодобротного резо- натора разница частот Lf и 0f порядка ширины резонансной кривой, можно считать, что .0ffL ≈ Потери энергии резонансного колебания обу- словлены собственными потерями ОР (волны F и E) и потерями, вносимыми ЭС (волны G и D). Пусть в ОР на какой-то момент времени запасена энергия W, а затухание во времени достаточно медленное. Среднюю за период колебаний мощ- ность собственных потерь на этот же момент времени обозначим .0P На ЭС рассеивается в свободное пространство мощность scP (волна G), а в волновод уходит мощность extP (волна D) – мощность внешних потерь (термин дан по анало- гии с объемными резонаторами). Определим, согласно [4], эффективность вывода энергии ЭС как отношение мощности по- терь во внешнем волноводе к общей мощности потерь, вносимой ЭС в ОР: . scext ext out PP P + =η (1) Суммарная мощность потерь ОР и запа- сенная энергия связаны соотношением ,2 0 extsc L L PPP WfQ ++ = π (2) где LQ − нагруженная добротность ОР. Мощ- ность собственных потерь и запасенная энергия связаны подобным соотношением с собственной добротностью 0Q .2 0 0 0 P WfQ π = (3) F E P0 W, fL G Pext Psc D В. В. Гламаздин и др. / Радиационные потери сосредоточенных... _________________________________________________________________________________________________________________ 14 Аналогичными выражениями мощность рассеяния на ЭС scP связана с добротностью рас- сеяния ,scQ а мощность потерь ОР в линии пере- дачи extP – с внешней добротностью .extQ Тогда эффективность вывода энергии (1) можно выра- зить через парциальные добротности .11 1 −− − + = scext ext out QQ Q η (4) Если в ОР возбудить резонансное коле- бание на частоте Lf с запасенной энергией W не через исследуемый ЭС (ИЭС), а каким-либо дру- гим способом, например через дополнительный ЭС на другом зеркале, то через ИЭС во внешний волновод будет уходить мощность extP и рассеи- ваться во внешнее пространство мощность ,scP такие же, как и в режиме свободных колебаний. Поскольку )(~ fWPext и ),(~ fWPsc т. е. имеют одинаковую функциональную зависимость, то эффективность вывода энергии в первом прибли- жении зависит только от рассеивающих свойств ЭС. Коэффициент связи резонатора с линией передачи по определению есть отношение внеш- них потерь к потерям в резонаторе .0 extwg QQ=β Аналогично определим коэффициент связи ОР с пространством как .0 scsc QQ=β Тогда из (2), (3) получим соотношение, по виду аналогичное фор- муле для объемного резонатора, связанного с двумя линиями передачи ( ) ( ).110 Σ+=++= βββ LscwgL QQQ (5) Таким образом, суммарный коэффициент связи ,Σβ определенный собственной и нагру- женной добротностями ОР, характеризует связь ОР одновременно как с линией передачи, так и с пространством. Если рассматривать ЭС как устройство, связывающее ОР только с волноводом, то по от- ношению к потерям в волноводе extP потери в ОР определяются суммой собственных потерь и по- терь рассеяния на ЭС в пространство ).( 0 scPP + В этом случае удобной характеристикой доброт- ности ОР является добротность ,zQ которая, как будет показано далее, является добротностью эквивалентного контура схемы замещения ОР цепью с сосредоточенными параметрами и непо- средственно следует из измерений импеданса ОР в волноводе ,2 0 sc z z PP WfQ + = π (6) где zf − резонансная частота эквивалентного контура, причем .0fff zL ≈≈ В этом случае коэффициент связи с вол- новодом выразим как extz QQ /=β и справедливо традиционное соотношение ( ).1 β+= Lz QQ (7) Рассмотрим теперь двухзеркальный квази- оптический ОР, возбуждаемый через сосредото- ченный ЭС на одном из зеркал (рис. 2). Рис. 2. ОР в режиме вынужденных колебаний Падающая волна частично отражается от ЭС (волна B) и частично проходит через ЭС в ОР, разделяясь на часть, идущую на возбуждение ре- зонансного колебания (волна A), и часть, излу- чающуюся непосредственно в свободное про- странство и не участвующую в возбуждении ре- зонансного колебания (волна C). С волной C ассоциируется зависящая от частоты источника колебаний мощность нерезонансного излучения )( fPrad из ЭС в свободное пространство («нере- зонансный фон» [1, 2]). Поле резонансного коле- бания поглощается в материале зеркал и диэлек- трическом заполнении ОР (волна E), дифрагирует на краях зеркал (волна F), проникает через ЭС в волно-вод (волна D) и рассеивается на ЭС в сво- бодное пространство (волна G). Интерференция этих волн определяет потоки мощности в ОР и связанном с ним волноводе. В результате в стационарном режиме возбуждения на частоте f в ОР устанавливаются следующие потоки электромагнитной энергии. По волноводу к ОР падает волна с мощностью .incP От ОР по волноводу уходит отраженная волна, являющаяся результатом интерференции волн B и D и переносящая мощность ).( fPref Известно [16], что в отраженной от резонатора волне складыва- ются почти противофазные комплексные ампли- туды волн B и D и в одномодовом волноводе можно только установить: модуль какой из волн больше по результатам измерения фазы суммарной волны (связь больше или меньше критической). Волна A формирует резонансное коле- бание с запасенной энергией ),( fW а ее мощ- ность расходуется на восполнение собственных P0 Pref Pinc B F G С G С F E D W, fL А В. В. Гламаздин и др. / Радиационные потери сосредоточенных... _________________________________________________________________________________________________________________ 15 потерь энергии колебаний в ОР с мощностью ),(0 fP определяемых волнами F и E (дифрак- ционные и омические потери), и потерь, обуслов- ленных рассеянием на ЭС поля резонансного ко- лебания (волна G). Волна С, излучаемая из ЭС и представляющая собой нерезонансный фон, и волна G интерферируют и образуют излучение в свободное пространство с мощностью ).( fPΣ Ба- ланс мощности в этом случае имеет вид ),()()()( 0 fPfPfPfPP trefinc =+=− Σ (8) где )( fPt − мощность, прошедшая из волновода через ЭС. Считаем, что величина incP не зависит от частоты. В дальнейшем будем опускать обо- значение частотной зависимости, подразумевая, что эта зависимость существует и она существен- на в окрестности частоты резонанса. Следует сразу предостеречь от смешивания величин мощностей в формулах (2), (3) и (8). В выражения (2), (3) входят средние за период потери запасенной в ОР энергии в режиме свободных колебаний. В формулу (8) входят потери мощности источни- ка СВЧ-сигнала в стационарном режиме вынуж- денных колебаний ОР, расходуемые на восполне- ние потерь в резонаторе, обусловленных различ- ными механизмами. Введем, следуя работе [2], эффективность возбуждения резонансного колебания в ОР η как отношение мощности собственных потерь к мощности, вышедшей из волновода через ЭС . 0 00 Σ+ = − = PP P PP P refinc η (9) Как видно, в знаменатель (9) входит сла- гаемое ,ΣP которое является мощностью суммы резонансного (т. е. рассеянной части поля ОР) и нерезонансного (т. е. излученной помимо резо- нансного колебания) полей. Известно, что излу- чатели с малыми размерами (порядка или меньше длины волны) имеют диаграммы направленности излучения и рассеяния близкие по форме ([17], с. 194). Это выполняется и для сосредоточенных ЭС (поскольку их можно рассматривать как излу- чатели), а кроме того, как было показано [10], поля излучения и рассеяния в ОР на частоте соб- ственного резонанса имеют фазы, близкие к про- тивоположным. В результате интерференции амплитуды полей излучения и рассеяния имеют резонансную частотную зависимость. В случае полной идентичности диаграмм направленности излучения и рассеяния (малые по сравнению с длиной волны размеры ЭС на зеркале), при равенстве амплитуд резонансной и нерезо- нансной составляющих, возможна полная ком- пенсация излучения ЭС, подобно режиму крити- ческой связи в волноводе при возбуждении объем- ного резонатора. Очевидно, что в этом случае эффективность (9) будет стремиться к единице. При неравенстве амплитуд излучение из ЭС бу- дет иметь место, и подобно отраженной волне в одномодовом волноводе, о преобладании резо- нансной или нерезонансной составляющей можно судить лишь по фазе излученного сигнала. Различие диаграмм направленности волн G и C и /или отличие их разности фаз от π при- водит к тому, что в результате интерференции волн G и C по некоторым направлениям в про- странстве устанавливаются потоки мощности, которые можно отождествить либо с волной G, либо с волной C. В этом случае можно говорить о разделении мощности радиационных потерь на две части: ).()()( fPfPfP radsc +=Σ (10) Как будет показано далее, адекватное восстановление параметров эквивалентной схемы ОР с помощью измерений методом импеданса де- лает возможным расчет составляющих мощнос- тей в (10). Возможность нахождения мощностей резонансной )( fPsc и нерезонансной )( fPrad составляющих суммарных радиационных потерь основана на различном их влиянии на характери- стики ОР: нерезонансное излучение влияет толь- ко на потери мощности источника СВЧ-колеба- ний, а резонансное – как на потери мощности, так и на добротность ОР. В методе импеданса измеряемой характе- ристикой эффективности возбуждения ОР явля- ется величина ,0 t sc rad P PP + =η (11) которую мы назвали фактором нерезонансных потерь. Сравнивая (11) с (9), видим, что только в случае малости мощности рассеяния по сравнению с мощностью собственных потерь в ОР обе харак- теристики совпадут по величине друг с другом. На основании анализа предложенной на- ми схемы замещения ОР, в которой в явном виде отображены собственные потери в ОР, получена простая формула, связывающая между собой обе характеристики эффективности возбуждения . 0 rad z Q Q ηη = (12) Заметим, что в работах [6, 11] измерялась величина ,radη тогда как в [4] – эффективность ,η соответствующая определению [2]. Это следует учитывать при сравнении результатов измерений, полученных различными методами. 2. Измерение радиационных потерь методом баланса мощностей. Кратко изложим суть идеи, положенной в основу данного метода [4]. Пусть в ОР через ИЭС на частоте Lf возбужда- ются резонансные колебания. Величину запасен- В. В. Гламаздин и др. / Радиационные потери сосредоточенных... _________________________________________________________________________________________________________________ 16 ной в ОР энергии W и мощность собственных потерь ОР 0P можно связать соотношением (3), поскольку в случае равенства запасенных энергий ОР в режимах вынужденных и свободных коле- баний мощности собственных потерь также будут равны. Тогда из (9) получим выражение . )( 2 0 refinc L PPQ Wf − = πη (13) Аналогично получим выражение для эф- фективности вывода энергии: из формул (2)–(4) выразим мощность потерь, вносимых ИЭС в ОР, после чего, подставив эту величину в (1), получим . )(2 0 0 LL Lext out QQWf QQP − = π η (14) Будем рассматривать квазиоптический ОР с зеркалами с квадратичной фазовой коррекцией, в котором поле резонансного колебания можно представить в виде двух распространяющихся друг другу навстречу гауссовых волновых пучков. Запасенную энергию W выразим через напряжен- ность поля пучка и геометрические параметры ОР [4]. Для основной моды qTEM 00 получим , 2 22 0 lwEW επ = (15) где E − напряженность электрического поля на оси волнового пучка в каком-то сечении ОР; w − радиус волнового пучка в этом же сечении; l − длина ОР; 0ε − электрическая постоянная. Тогда, подставив (15) в формулы (13), (14), полу- чим выражения для расчета η и outη по данным измерений входящих в эти выражения величин. Для высших мод можно получить аналогичные выражения. Если распределение поля в ОР не подчиняется закону Гаусса, его можно измерить методом пробного тела и провести численное интегрирование по объему ОР. Измерение величин, входящих в форму- лы (13)−(15), не представляет принципиальных затруднений, кроме величины E − напряжен- ности поля в ОР. Для ее измерения в работе [4] предложено использовать специально прокалиб- рованный ЭС на зеркале, противолежащем зеркалу с ИЭС. Дополнительный ЭС (ДЭС) на противолежащем зеркале принципиально не из- меняет свойства ОР с ИЭС. Потери, которые вно- сит ДЭС, следует относить к собственным поте- рям ОР, а под собственной добротностью ОР в этом случае понимается нагруженная доброт- ность ОР без ИЭС. Калибровка ЭС выполняется исходя из следующих соображений. Пусть на зеркало с ЭС нормально падает волновой пучок с амплитудой электрического поля E на оси пучка, проходящей через центр ЭС, при этом в волновод, подсоединен- ный к ЭС, просачивается мощность trP (рис. 3). Очевидно, что эти величины связаны следующим образом: ,2 trPE α= (16) где α − размерный коэффициент, зависящий от конструкции и геометрических размеров ЭС. Если поперечные размеры пучка значительно больше размеров ЭС, то это соотношение будет выполняться и для случая нормального падения на зеркало однородной плоской волны. Краевые эффекты при этом не учитываем, считая, что их всегда можно минимизировать соответствующим выбором диаметра зеркала и использованием по- глощающих экранов [4]. Рис. 3. Схема калибровки ЭС на зеркале ОР Создать падающее на зеркало с ЭС поле, близкое к плоской волне, можно при помощи антенны, размещенной на расстоянии от зеркала, удовлетворяющем условию дальней зоны. На- пряженность поля падающей волны E можно найти при помощи антенны с известным коэффи- циентом усиления ,antG заменив ею зеркало с ЭС и измерив принятую антенной мощность .antP Тогда калибровочный коэффициент α равен ,960 2 2 trLant ant PG P λ π α = (17) где LL fc=λ − длина волны; c − скорость света. E E E Gant Pant Ptr Ptr В. В. Гламаздин и др. / Радиационные потери сосредоточенных... _________________________________________________________________________________________________________________ 17 Выражение для запасенной энергии тогда прини- мает вид , 2 2 0 lwPW ctrαεπ = (18) где cw − радиус волнового пучка на зеркале с ДЭС. Подставим (18) в (13) и после несложных преобразований получим выражение для эф- фективности возбуждения основной моды ОР через ИЭС , )1(120 2 0 22 Γ− = Q Tlw L c λ πα η (19) где increc PP=Γ 2 − коэффициент отражения ОР по мощности, измеренный в волноводе, который подключен к ИЭС; inctr PPT =2 − коэффициент передачи ОР по мощности через ИЭС и ДЭС. Заметим, что в силу принципа взаимности изме- рение 2T можно выполнить и при возбуждении ОР через ДЭС и измерении прошедшего сигнала в плече с ИЭС. Собственную добротность 0Q измеряют, заменив зеркало с ИЭС на такое же, но без ЭС, ОР при этом возбуждают через ДЭС. Подставив (18) в (14), получим выраже- ние для эффективности вывода энергии outη . )( 120 0 2 0 Ltrc LextL out QQPlw QQP − = απ λη (20) Формула (20) получена для случая, когда ИЭС используется в режиме вывода энергии и через него из ОР во внешний волновод выводится мощ- ность ,extP а через ДЭС выводится мощность ,trP измерив которую, находим амплитуду поля в ОР. Чтобы возбуждать резонансное колебание в ОР, было предложено выполнить на зеркале с ДЭС еще один ЭС, т. е. использовать специальное зер- кало с двумя ЭС [4]. Здесь мы предлагаем другой путь измерения outη ИЭС. Если прокалибровать ИЭС по вышеописанной методике (рис. 3), то на- пряженность поля в ОР можно измерить в месте расположения ИЭС по прошедшей в волновод через ИЭС мощности .extP При этом ОР возбуждаем че- рез ДЭС. Выражение для запасенной энергии в этом случае принимает вид , 2 2 0 lwPW invinvextαεπ = (21) где invα − калибровочный коэффициент ИЭС; invw − радиус резонансного волнового пучка на зеркале с ИЭС. Подставив (21) в (14), получим окончательное выражение для эффективности вывода энергии через ИЭС . )( 120 0 2 0 Linvinv LL out QQlw QQ − = απ λ η (22) Все величины, входящие в формулы (19) и (22), могут быть измерены и, таким образом, найдены искомые η и .outη 3. Определение характеристик ЭС из данных измерения импеданса ОР. Вид эквива- лентной схемы ОР зависит от выбора референс- ной плоскости в линии передачи (волноводе), по которой к ЭС подводится СВЧ-мощность. В по- ложении минимума СВЧ-напряжения в линии передачи при расстроенном резонаторе эквива- лентная схема ОР на заданном уединенном типе колебаний представляет собой параллельный ко- лебательный контур с адмитансом ),( fjBG zz + последовательно к которому подсоединено комп- лексное сопротивление sss jXRZ += (рис. 4, а). Элементы схемы нормированы на волновое сопротивление 0Z линии передачи. Активная проводимость колебательного контура zG опи- сывает суммарные потери мощности в ОР за ис- ключением потерь в линии передачи, а реактивная проводимость zzzz QGfB τ2)( = пропорциональна добротности zQ эквивалентного контура и пара- метру расстройки ,/)( zzz fff −=τ где zf − резо- нансная частота эквивалентного контура, а f − текущая частота. а) б) Рис. 4. Эквивалентные схемы ОР с одним элементом связи: а) – традиционная эквивалентная схема резонатора с потерями в ЭС; б) – модифицированная эквивалентная схема; РК − ре- зонансное колебание Первоначально схема рис. 4, а была предложена для описания объемных резонаторов с потерями энергии в ЭС [16]. Схемы, подобные изображенным на рис. 4, а, использовались в ра- ботах [7, 11] для разработки методик измерения эффективности возбуждения ОР и описания ха- рактеристик приборов с использованием ОР [12]. При «бесконечной» расстройке, т. е. когда ,/ zzz Qfff >>− линия передачи нагружена РК ЭС Zs = Rs + jXs Zs = Rs + jXs Z0 = 1 Z0 = 1 Gz Gx G0 a a jBz ( f ) jB0 ( f ) jBx В. В. Гламаздин и др. / Радиационные потери сосредоточенных... _________________________________________________________________________________________________________________ 18 только на импеданс .sZ Следовательно, потери в активном сопротивлении sR тождественны поте- рям на нерезонансное излучение из ЭС в про- странство, а реактивное сопротивление sX опре- деляет сдвиг узла напряжения в линии передачи относительно плоскости короткого замыкания линии при расстроенном ОР. Резонансное рассея- ние запасенной в ОР энергии на ЭС для схемы на рис. 4, а входит как одна из составляющих в сум- марные резонансные потери ненагруженного ОР наряду с дифракционными и омическими потеря- ми. Сумма этих потерь описывается потерями в активной проводимости .zG Внешние потери ОР в согласованном волноводе эквивалентны поте- рям в резисторе с сопротивлением, равным вол- новому сопротивлению 0Z волновода. Таким образом, ЭС в традиционной эквивалентной схе- ме на рис. 4, а представлен импедансом .sZ Для того чтобы в явном виде характери- зовать резонансную составляющую общих радиа- ционных потерь ЭС, эквивалентная схема ОР должна быть модифицирована. Введем адмитанс xx jBG + в эквивалентную схему устройства связи (рис. 4, б) так, чтобы адмитанс резонансно- го контура был равным ),(00 fjBG + где посред- ством активной проводимости 0G описываются лишь собственные потери в ОР, а посредством xG − потери на рассеяние. Реактивная проводи- мость введена таким образом, чтобы 0000 2)( τQGfB = была пропорциональна собст- венной добротности 0Q ОР и параметру рас- стройки 000 /)( fff −=τ относительно собствен- ной резонансной частоты 0f ОР. Тогда реактив- ная проводимость xB будет описывать сдвиг соб- ственной частоты 0f к резонансной частоте кон- тура ,zf обусловленный реактивной частью поля рассеяния на ИЭС. Таким образом, в предложенной эквива- лентной схеме ОР (рис. 4, б) ЭС характеризуется двумя активными и двумя реактивными сопро- тивлениями. Интересно заметить, что канониче- ские эквивалентные схемы четырехполюсников с потерями представляют собой комбинации двух активных сопротивлений и четырех реак- тивных элементов [18]. При этом два реактив- ных элемента являются свободными параметра- ми и определяются выбором референсных плос- костей на входе и выходе четырехполюсника. Поскольку ЭС ОР можно рассматривать как че- тырехполюсник с потерями, включенный между волноводной линией передачи и лучеводом, эк- вивалентным ОР, то предложенная схема ЭС представляется естественной и очевидной. С помощью эквивалентной схемы можно выполнить количественные расчеты характерис- тик ОР и ЭС только в том случае, если указан алгоритм измерения номиналов эквивалентной схемы. Кратко изложим суть разработанной нами методики измерений и расчетов. Расчетные фор- мулы приводим без вывода. На первом этапе находим номиналы традиционной эквивалентной схемы (рис. 4, а). Для расчета номиналов необходимо и достаточно измерить частотную зависимость квадрата моду- ля коэффициента отражения ОР 2)( fΓ в окрест- ности резонансной кривой, включая ее крылья, т. е. исходными данными является массив данных ),,( 2 iif Γ ....,,2,1 Mi = Аппроксимируем данные измерений квадратом комплексного коэффициента отраже- ния ),( fΓ который представляем в виде суммы действительного коэффициента отражения sΓ «бесконечно» расстроенного ОР и комплексной амплитуды волны, вышедшей из резонатора об- ратно в волновод через ЭС: , 21 )( tjQ jBAf L s + + +Γ=Γ , L L f fft − = (23) где LQ , Lf − добротность и резонансная частота нагруженного резонатора соответственно; jBA+ − комплексная амплитуда волны, выходя- щей из резонатора на частоте резонанса. Аппроксимацию проводим с помощью разработанной нами компьютерной программы, реализующей оригинальный алгоритм, который относится к классу градиентных алгоритмов поиска минимума функции многих переменных. Минимум среднеквадратичного отклонения 2U функции 2)( fΓ от данных измерений, где ,))((1 1 2222 ∑ = Γ−Γ= M i ii f M U (24) ищем путем вариации пяти параметров: ,sΓ ,LQ ,Lf A и B, которые и определяются в результате достижения минимума .2U Анализ показывает, что константы ,sΓ ,LQ Lf и B вычисляются однозначно. Однако для константы A возможны два значения αA и .βA При этих значениях A наблюдаются минимумы функции (24), и квадрат модуля коэффициента отражения имеет один и тот же вид, при этом годо- графы комплексного коэффициента отражения различны. Значения αA и βA связаны формулой ( ).2 sAA Γ+−= αβ (25) В. В. Гламаздин и др. / Радиационные потери сосредоточенных... _________________________________________________________________________________________________________________ 19 Для выбора одного из двух решений, адекватно описывающего исследуемый резона- тор, необходимы дополнительные сведения. Нужно знать либо вид фазовой характеристики коэффициента отражения, либо иметь априорные сведения о величине коэффициента связи по сравнению с единицей (связь меньше или больше «критической»). Выбор αA или βA делается по расположению соответсвующего годографа отно- сительно центра плоскости комплексного коэф- фициента отражения. Импеданс ОР )( fZ в плоскости линии передачи, имеющей фазу Φ относительно плос- кости, в которой был восстановлен коэффициент отражения ),( fΓ дается формулой . )(1 )(1)( Φ Φ Γ− Γ+ = j j ef effZ (26) Можно показать, что фазу плоскости, где справедлива эквивалентная схема рис. 1, а, т. е. в которой , 21 /1)( τz z s jQ GZfZ + += (27) можно вычислить, решив тригонометрическое уравнение ,2)sin( C B sΓ=+Φ θ (28) где ( )( ) ( )( ) ;11 2222 ss BAC Γ++Γ−= ( ).1)sin( 2 C B sΓ+=θ Один из двух корней уравнения (28) на интервале ππ ≤Φ<− дает отрицательное реше- ние для ,zG и следовательно, должен быть от- брошен. Уравнение (28), равно как и ниже- следующие формулы для расчета номиналов экви- валентной схемы, получены из сопоставления вы- ражений коэффициента отражения по формуле (23) с явным видом коэффициента отражения, выпи- санного для эквивалентной схемы рис. 4, а (фор- мулы (26), (27)). При решении полученной в ре- зультате такого сопоставления системы уравне- ний использовалось условие действительности эквивалентной проводимости. Выпишем формулы для расчета номина- лов традиционной эквивалентной схемы рис. 4, а, в которые входят пять параметров аппроксима- ции: ,sΓ ,LQ ,Lf A и B, а также фаза ,Φ полу- ченная из решения уравнения (28): ( ) ( ) ,2)( , 2 1, 1 1 2 τzzz j z j sL zj s j s s QGfB ejBAQ eQG e eZ = + Γ− = Γ− Γ+ = Φ Φ Φ Φ (29) где ( ) ( ) ; 1 1Im1 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ Γ− ++Γ− −= Φ Φ − j sL j s z ejQ ejBAQ ; z z f ff − =τ ( ) ( ) ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ Γ− ++Γ− += Φ Φ j sL j s Lz ejQ ejBAff 12 1Re1 − собствен- ная частота эквивалентного контура. Восстановить все номиналы схемы заме- щения (рис. 4, б) можно, если дополнительно из- мерить добротность 0Q и резонансную частоту 0f ОР, у которого отсутствует ИЭС. Такие изме- рения мы проводили, заменяя зеркало с ИЭС на такое же по геометрии зеркало, но без ИЭС. Далее измеряли коэффициент отражения от ДЭС, проводили аппроксимацию в соответствии с изложенной выше процедурой, а параметры аппроксимации Lf и LQ отождествляли с 0f и 0Q соответственно. Для расчетов лишь эффективнос- тей ЭС и преобразований потоков мощностей в ОР знание 0f не требуется. Это упростило требо- вания к эксперименту с заменой зеркал в данной работе, где мы не ставили своей целью восстано- вить все номиналы схемы замещения (рис. 4, б). Нижеследующие формулы получены способом приведения схем рис. 4 к одному виду: .2, ,2)(, 0 000 0 0 000 0 0 z z xzx z z f ffGQBGGG f ffGQfB Q QGG − =−= − == (30) В частности, из (30) следует, что отноше- ние собственных потерь энергии колебаний ОР к сумме собственных потерь и потерь рассения на ИЭС равно отношению добротности эквивалент- ного контура к собственной добротности ОР, т. е. следует соотношение (12). Через измеренные нагруженную доброт- ность ,LQ собственную добротность 0Q и доброт- ность эквивалентного колебательного контура zQ по схеме рис. 4, а можно рассчитать коэффициен- ты связи, входящие в (5), и найти эффективность вывода энергии ИЭС (4) ( ) ( ) . 0 0 zL Lz out QQQ QQQ − − =η (31) Фактор нерезонансных потерь раcсчитывается по формуле ( ),41/1 /1 22τ η zsz z rad QRG G ++ = (32) и далее, используя (12), можно вычислить эффек- тивность возбуждения ОР .η Из (32) следует, что максимальная эффективность возбуждения наблю- дается на резонансной частоте эквивалентного контура .zf В. В. Гламаздин и др. / Радиационные потери сосредоточенных... _________________________________________________________________________________________________________________ 20 Помимо эффективностей (31) и (32), ис- пользование эквивалентной схемы ОР на рис. 4, б дает возможность рассчитать распределение потерь мощности источника СВЧ-колебаний в стационарном режиме вынужденных колебаний или распределение потерь энергии колебаний в режиме вывода по различным процессам пре- образования энергии (см. рис. 1, 2). Соответст- вующие формулы приведены в разд. 4. 4. Измерение характеристик ОР с ИЭС. Анализ полученных результатов. Исследовались полусферические ОР, состоящие из плоского зер- кала диаметром 60 мм и сферического зеркала диаметром 69 мм и с радиусом кривизны 81 мм. В экспериментах длина ОР выбиралась таким об- разом, чтобы возбуждать колебание основного типа qTEM 00 на частоте 5,350 ≅f ГГц со значе- ниями продольного индекса в пределах ,1511÷=q при которых возбуждаемый тип колебаний можно считать уединенным, а дифракционные потери значительно меньше омических, чтобы резонанс- ный волновой пучок имел форму, максимально близкую к гауссовой. На сферическом зеркале размещался ДЭС в виде плавно зауженного волно- вода с размером щели на зеркале 2,71,0 × мм. ИЭС размещался на плоском зеркале. Измерительная установка построена на базе аппаратно-вычислительного комплекса (АВК) [19], созданного на основе генератора стандартных сигналов Г4-156. Установка позволяет проводить одновременную запись частотных характеристик коэффициентов отражения и коэффициентов пере- дачи резонаторов в 8-мм диапазоне длин волн и может быть использована для изучения резонаторов с добротностями от сотни единиц до сотни тысяч. Для каждой конфигурации ОР с ИЭС бы- ли получены массивы данных квадратов модулей коэффициентов отражения и передачи ОР в зави- симости от частоты ),,( 22 iii Tf Γ при возбужде- нии ОР со стороны ИЭС. Особое внимание уде- лялось калибровке АВК по коэффициенту отра- жения от короткозамыкателя в плоскости фланца ИЭС, поскольку ошибки при измерении абсолют- ных значений коэффициентов отражения приво- дят к большим систематическим погрешностям в определении эффективностей ИЭС. Массив данных ),( 2 iif Γ использовался для расчета характеристик ИЭС методом импе- данса. В соответствии с изложенной выше мето- дикой определялась нагруженная добротность LQ и добротность эквивалентного контура zQ . Собственная добротность ОР 0Q определялась из массива данных ),( 2 iif Γ − частотной зависимос- ти коэффициента отражения в волноводе со сто- роны ДЭС, когда ОР возбуждался через ДЭС, а зеркало с ИЭС заменялось на такое же глухое зеркало. Были изучены ЭС двух типов: в виде плавно зауженного волновода с апертурой на плоском зеркале 2,7×h мм и в виде отверстия диаметром d в диафрагме толщиной 0,2 мм, рас- положенной заподлицо с плоскостью зеркала. Размер апертуры ИЭС варьировался так, чтобы обеспечить суммарный коэффициент связи от значений 1<Σβ до 1>Σβ : для щелей в пределах 6,01,0 ÷=h мм, а для отверстий в пределах 1,30,2 ÷=d мм. Отверстия в диафрагме получали последовательным сверлением начального отверс- тия после проведения всех измерений для каждо- го размера d. Для исследования щелевых ЭС ис- пользовался набор зеркал с выполненными на них различными ЭС. Как показал детальный анализ, щелевые ЭС имели дефекты профиля плавного перехода, что существенно влияло на их электри- ческие характеристики и не позволило сравнивать их только по отличию размера h. В дальнейшем приводимый размер h следует считать лишь идентификатором данного ЭС. Дополнительно для расчета характерис- тик ЭС методом баланса мощностей калибровка ДЭС и ИЭС проводилась в малогабаритной без- эховой камере с коэффициентом безэховости не менее 40 дБ. Влияние краев зеркал на сигнал, проходящий через ЭС в волновод, исключалось при помощи поглощающего экрана с отверстием диаметром 50 мм. Края отверстия имели вид ло- манной линии для минимизации отражений от внутренних краев отверстия. Измеренное значе- ние размерного калибровочного коэффициента для ДЭС составило 810)2,02,4( ⋅±=α (В/м)2/Вт. Данные измерений размерных коэффициен- тов invα для всех ИЭС сведены в табл. 1 и 2. Таблица 1 Калибровочные коэффициенты для щели связи с размерами ba× ,ba× мм2 0,1×7,2 0,2×7,2 0,3×7,2 0,6×7,2 invα , (В/м)2/Вт 10,3⋅108 2,3⋅108 1,74⋅108 0,62⋅108 Таблица 2 Калибровочные коэффициенты для отверстия связи диаметром d d, мм 2,2 2,5 2,8 3,1 invα , (В/м)2/Вт 13,53⋅108 5,9⋅108 2,76·108 1,52·108 На рис. 5 представлены частотные зави- симости величин ,2Γ ,2T ,η radη при возбуж- дении в ОР колебаний qTEM 00 -типа с индексом В. В. Гламаздин и др. / Радиационные потери сосредоточенных... _________________________________________________________________________________________________________________ 21 ,13=q полученные после аппроксимации данных измерений коэффициентов отражения и передачи. Исходные массивы данных измерений ),( 2 iif Γ для коэффициента отражения также отложены на рис. 5. При других продольных индексах по- лучаются аналогичные результаты. Приведены графики для случаев ИЭС с минимальными раз- мерами (рис. 5, а, в) и с максимальными размера- ми (рис. 5, б, г). Собственная добротность в этом случае составляла .370122700 ±=Q На рис. 5 построены эффективности воз- буждения ,η полученные методом баланса мощ- ностей, и факторы нерезонансных потерь ,radη полученные методом импеданса. Как видно, час- тоты максимумов η и radη совпадают с графиче- ской точностью. По формуле (12) обе эффектив- ности могут быть сведены одна к другой. Оказа- лось, что после такого сведения расхождение графиков не превышает величину погрешности измерений, т. е. измерения двумя различными методами дают один и тот же результат. На приведенных графиках рис. 5 видно, что когда ИЭС имеет малые размеры, частота максимума эффективности возбуждения ηf прак- тически совпадает с частотой нагруженного резо- нанса Lf – частотой максимума коэффициента передачи (в случае отверстия наблюдается не- большой сдвиг между частотами ηf и Lf ), а при больших размерах ИЭС, частоты ηf и Lf расхо- дятся. Это приводит к тому, что на резонансной частоте нагруженного ОР эффективность возбуж- дения колебаний снижается. ___________________________________________ а) б) в) г) Рис. 5. Частотные зависимости коэффициентов отражения и передачи и эффективности возбуждения ОР: а) – ЭС – щель 0,1 × 7,2 мм, QL = 7247, βΣ = 0,694; б) – ЭС – щель 0,6 × 7,2 мм, QL = 961, βΣ = 11,77; в) – ЭС – отверстие d = 2,2 мм, QL = 7254, βΣ = 0,692; г) – ЭС – отверстие d = 3,1 мм, QL = 1620, βΣ = 6,58 ___________________________________________ Из (32) следует, что η достигает макси- мума на частоте ,zf т. е. .zff =η Частота нагру- женного резонанса Lf измеряется в нашем экс- перименте во внешнем волноводе в точке макси- мума коэффициента передачи. По отношению к внешнему волноводу собственной частотой ОР выступает собственная частота эквивалентного ⎪Г⎪2 ⎪Т⎪2 ηrad η 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 35,45 35,50 35,55 35,60 f, ГГц О тн . е д. ⎪Г⎪2 ⎪Т⎪2 ηrad η 35,45 35,50 35,55 35,60 f, ГГц 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 О тн . е д. ⎪Г⎪2 ⎪Т⎪2 ηrad η 35,35 35,40 35,45 35,55 f, ГГц 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 О тн . е д. ⎪Г⎪2 ⎪Т⎪2 ηrad η 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 О тн . е д. 35,40 35,45 35,50 35,55 f, ГГц В. В. Гламаздин и др. / Радиационные потери сосредоточенных... _________________________________________________________________________________________________________________ 22 контура .zf Известно, что резонансная частота при подключении резонатора к волноводу через емкостную диафрагму увеличивается, а через индуктивную диафрагму − уменьшается по срав- нению с собственной частотой резонатора. Сле- довательно, увеличение частоты Lf при увеличе- нии размеров щели, по сравнению с частотой ,zf объясняется увеличением реактивности емкост- ного характера, вносимой ЭС в ОР. При увеличе- нии диаметра отверстия связи уменьшение часто- ты Lf вызвано увеличением реактивности индук- тивного характера, вносимой ЭС в ОР. Смещение частоты нагруженного резо- нанса ( )ηffL − для всех ИЭС, приведенных в табл. 1, 2, представлено на рис. 6. По оси абсцисс отложены значения ,invα что дает возможность сравнивать ЭС разных типов и исключает из рас- смотрения погрешности изготовления устройств связи. Как видно, ОР с ЭС в виде отверстия имеет в несколько раз больший сдвиг частоты нагру- женного резонанса, чем ОР с ЭС в виде щели. Это приводит к существенному уменьшению η отверстий на частоте нагруженного резонанса по сравнению со щелями, особенно в случаях силь- ной связи. Рис. 6. Смещение резонансной частоты fL нагруженного ОР относительно резонансной частоты fz эквивалентного контура. Квадраты относятся к ИЭС в виде щели, кружки − к ИЭС в виде отверстия На рис. 7 приведены значения ,η полу- ченные на частотах Lf и zf для тех же конфигу- раций ОР с ИЭС, что и на рис. 6. На графиках видно, что в случаях ЭС в виде щелей макси- мальные значения эффективности возбуждения maxη и значения на частоте нагруженного резо- нанса Lη близки, и только при 3,0≥h мм Lη снижается. Для отверстий Lη заметно меньше максимального значения для всех исследованных диаметров отверстий. При этом с ростом диамет- ра уменьшается и максимальное значение эффек- тивности возбуждения. Рис. 7. Максимальные значения эффективности возбуждения ОР ηmax и значения эффективности возбуждения ηL в точках нагруженного резонанса: кривая 1 − ηL для щелей; кри- вая 2 − ηmax для щелей; кривая 3 − ηL для отверстий; кри- вая 4 − ηmax для отверстий Для этих же конфигураций ОР на рис. 8 приведены результаты расчета частотных зависи- мостей потерь мощности источника СВЧ в ста- ционарном режиме возбуждения ОР, а также вер- тикальными линиями отмечены частоты zf и .Lf Если падающая на ОР мощность равна единице 1=incP на любой частоте, то на каждой частоте сумма потерь мощности, обусловленных различными механизмами, также должна быть равной единице. Отраженная от резонатора мощ- ность refP равна квадрату коэффициента отраже- ния ОР .)()( 2ffPref Γ= Соответственно, мощ- ность, прошедшая через элемент связи в ОР, будет равна .)(1)( 2ffPt Γ−= Она расходуется на компенсацию собственных потерь резонансно- го типа колебаний )(0 fP и на излучение энер- гии в пространство ,scrad PPP +=Σ так что ).()()()( 0 fPfPfPfP radsct ++= Приведем расчетные формулы, которые нетрудно получить из анализа схемы рис. 4, б, если ко входу схемы подключить источник ЭДС с внутренним сопротивлением ,0Z что мо- делирует согласованный с волноводом генератор СВЧ-мощности. Получено ( ) );( 41 )( 221 2 0 0 fP QRG GGfP t zsz z τ++ = − (33) ( ) );( 41 )( 221 2 fP QRG GGfP t zsz zx sc τ++ = − (34) ( ) ( ) ).( 41 41)( 221 22 fP QRG QRfP t zsz zs rad τ τ ++ + = − (35) 1 10 αinv10–8, (В / м)2 / Вт 25 20 15 10 5 0 –5 –10 f z – f L , М Гц 3 4 2 1 1 10 αinv10–8, (В / м)2 / Вт 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 η L , η m ax В. В. Гламаздин и др. / Радиационные потери сосредоточенных... _________________________________________________________________________________________________________________ 23 Практически важным является возмож- ность узнать мощность ,0P теряемую в резонато- ре, например на нагрев зеркал, или суммарную мощность, излученную при возбуждении ОР в пространство из ИЭС. Расклад радиационных потерь на две составляющие представляет скорее академический интерес. Например, можно на- блюдать, каким образом снижается мощность нерезонансного фона по мере приближения час- тоты генератора СВЧ к резонансной частоте ОР. При больших параметрах расстройки все излуче- ние из ИЭС является нерезонансным с мощнос- тью ,radP и только в этом случае оно поддается прямым измерениям. ___________________________________________ а) б) в) г) Рис. 8. Мощность различных видов потерь ОР ___________________________________________ Из графиков на рис. 8 следует, что мощнос- ти потерь резонансного колебания scP и 0P макси- мальны на частоте нагруженного резонанса .Lf Для всех рассмотренных ЭС на частоте zf на- блюдается минимум мощности потерь ,radP при- чем .1<<radP Это подтверждает вывод о проти- вофазности поля излучения из ЭС и поля резо- нансного колебания ОР [10]. Особенно хорошо это видно для ЭС с большим коэффициентом свя- зи (щель шириной 0,6 мм и отверстие диаметром 3,1 мм), когда мощность потерь на излучение, имея вне резонанса значения порядка radP ≈ 0,3…0,5, стремится к малой величине на частоте ,zf а эффективность возбуждения ОР на этой частоте достигает максимума. Эффективность вывода энергии ИЭС в за- висимости от калибровочного коэффициента invα для всех ИЭС, рассчитанная по формуле (22) на основе данных измерений, представлена на рис. 9. Эффективность вывода энергии слабо зависит от размеров ЭС, ее значения для ЭС в виде отверс- тий находятся в пределах 0,7…0,75, а для ЭС в виде щели на зеркале в пределах 0,9…0,96. Приведенные значения также указывают, что по- тери ОР из-за рассеяния резонансного поля на отверстии бóльшие, чем потери из-за рассеяния на щели. Этот факт наглядно подтверждает при- веденный на этом же рис. 9 график зависимости нагруженной добротности ОР от калибровочного коэффициента ИЭС. На графике хорошо видно: если щель на зеркале и отверстие в диафрагме на зеркале выполнить так, что у этих ЭС будет оди- ⎪Г⎪2 Pt 35,50 35,52 35,54 35,56 35,58 35,60 f, ГГц 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Н ор ми ро ва нн ая м ощ но ст ь P0 PΣ Psc Prad fL fz 35,48 35,50 35,52 35,54 35,56 35,58 f, ГГц 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Н ор ми ро ва нн ая м ощ но ст ь ⎪Г⎪2 Pt fz fL P0 PΣ Prad Psc 35,35 35,40 35,45 35,55 f, ГГц 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Н ор ми ро ва нн ая м ощ но ст ь ⎪Г⎪2 Pt fL fz PΣ P0 Prad Psc 35,45 35,46 35,47 35,48 35,49 35,50 f, ГГц 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Н ор ми ро ва нн ая м ощ но ст ь ⎪Г⎪2 Pt PΣ fL fz P0 Prad Psc В. В. Гламаздин и др. / Радиационные потери сосредоточенных... _________________________________________________________________________________________________________________ 24 наковый коэффициент ,invα и это обеспечит для ОР с такими ЭС одинаковые внешние потери, то ОР со щелевым ЭС всегда имеет бóльшую нагру- женную добротность, чем ОР с ЭС в виде отвер- стия. Именно рассеяние резонансного поля на отверстии предопределяет уменьшение нагру- женной добротности ОР. Рис. 9. Эффективности вывода энергии ηout и нагруженные доб- ротности QL ОР для ИЭС с различными коэффициентами αinv. Квадраты относятся к ИЭС в виде щели, кружки − к ИЭС в виде отверстия Выводы. Показано, что в ОР в режиме вынужденных колебаний присутствуют радиаци- онные потери двух видов, обусловленные нали- чием сосредоточенного ЭС с линией передачи, а именно: потери мощности, подводимой к ЭС, на нерезонансное излучение в свободное простран- ство и потери мощности из-за резонансного рас- сеяния на ЭС накопленной в ОР энергии. В связи с этим введено понятие фактора нерезонансных потерь radη и найдена связь между традиционно определенной эффективностью возбуждения ОР η и фактором нерезонансных потерь. В совокуп- ности нерезонансная и резонансная составляю- щие радиационных потерь ЭС снижают эффек- тивность возбуждения ОР, а резонансное рассея- ние является также фактором, уменьшающим добротность ОР, и, следовательно, снижающим эффективность вывода энергии. Показано, каким образом могут быть из- мерены отдельные составляющие радиационных потерь и, в частности, найдены эффективность возбуждения ОР η и фактор нерезонансных по- терь ,radη используя предложенный нами ранее метод баланса мощностей [4] или метод измере- ния импеданса ОР [11]. В этой связи проведена модификация упомянутых методов. Наблюдается соответсвие результатов измерений обоими мето- дами в пределах погрешностей измерений. Показано, что максимальная эффектив- ность возбуждения резонансного колебания дости- гается на собственной частоте эквивалентного резонансного контура, которая не равна резо- нансной частоте нагруженного ОР и собственной резонансной частоте ОР. Максимальные значе- ния эффективности возбуждения исследованных сосредоточенных ЭС могут составлять 0,9…0,95 в случаях слабой связи с возбуждающим волно- водом и снижаться до значений 0,7…0,8 при воз- растании связи. Сдвиг частоты максимальной эффективности возбуждения от резонансной час- тоты нагруженного ОР мал в случае малой связи ОР с возбуждающим волноводом и увеличивается по мере увеличения связи. Проведено экспериментальное исследо- вание ОР с двумя типами сосредоточенных ЭС: в виде открытого конца плавно зауженного волно- вода (щели) на зеркале и в виде отверстия в диафрагме на зеркале, измерены эффективности возбуждения и вывода энергии. Для ЭС в виде отверстия сдвиг резонансной частоты нагружен- ного ОР почти на порядок больше, чем для ЭС в виде щели, при одинаковом коэффициенте связи с волноводом, и достигает нескольких значений ширины резонансной кривой при диаметре отверс- тия, приближающемся к размеру узкой стенки волновода. Это обусловливает снижение эффек- тивности возбуждения на резонансной частоте нагруженного ОР. Для отверстий в случае силь- ной связи эффективность возбуждения снижается до значений 0,2…0,3. Найдены потери ОР из-за рассеяния резонансного поля на ЭС, показано, что относительные потери на рассеяние для от- верстий больше, чем для щелей, и, соответ- ственно, эффективность вывода энергии через ЭС в виде отверстия ниже, чем через ЭС в виде щели. Полученные результаты позволяют сде- лать рекомендации по применимости ЭС различ- ных типов в ОР мм диапазона. Так, если необхо- димо обеспечить малые коэффициенты связи, то предпочтительнее применить ЭС в виде отвер- стия малого диаметра, так как он технологически проще, чем очень узкая щель. При этом максимум эффективности возбуждения будет практически на собственной частоте нагруженного ОР. При больших коэффициентах связи целесообраз- нее использовать зауженный волновод, который при ширине щели на зеркале более 0,1 мм ( 1≥β в 8-мм диапазоне волн) не является технологически сложным изделием, обладая, по сравнению с от- верстием, большей эффективностью как возбуж- дения, так и вывода энергии. 1. Вайнштейн Л. А. Открытые резонаторы и открытые вол- новоды / Л. А. Вайнштейн. – М.: Сов. радио, 1966. − 475 с. 2. Косарев Е. Л. Вынужденные колебания открытого резона- тора, связанного с волноводом малым отверстием / Е. Л. Косарев, Ю. М. Ципенюк // Электрон. больших мощностей: сб. науч. тр. – Вып. 5. – М.: Наука, 1968.– С. 105−116. 3. Clarke R. N. Fabry-Perot and open resonators at microwave and millimetre wave frequencies, 2-300 GHz / R. N. Clarke, C. B. Rosenberg // J. Phys. E: Sci. Instrum. – 1982. – 15. – P. 9−24. 4. Булгаков Б. М. Метод измерения эффективности возбуж- дения и вывода энергии в открытых резонаторах / 1 10 αinv10–8, (В / м)2 / Вт 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 10000 8000 6000 4000 2000 0 ηout QL QL ηout В. В. Гламаздин и др. / Радиационные потери сосредоточенных... _________________________________________________________________________________________________________________ 25 Б. М. Булгаков, М. П. Натаров, В. Н. Скресанов // Прибо- ры и техн. эксперимента. – 1988. − № 4. – С. 118−120. 5. Андросов В. П. Влияние на эффективность возбуждения открытого резонатора его параметров и связи с волноводом / В. П. Андросов, И. К. Кузьмичев. − Х., 1987. – 30 с. − (Препр. / АН УССР. Ин-т радиофизики и электрон.; № 354). 6. Булгаков Б. М. Эффективность возбуждения сигнального резонатора квазиоптического смесителя щелью связи / Б. М. Булгаков, М. П. Натаров, В. Н. Скресанов // Твердо- тельные генераторы и преобразователи миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов: сб. науч. трудов / Ин-т радиофизики и электрон. АН УССР. – Х., 1989. – С. 73−77. 7. Мирошниченко В. С. Экспериментальное определение па- раметров эквивалентной цепи открытого резонатора, свя- занного с линиями передачи / В. С. Мирошниченко, Е. Б. Сенкевич // Радиофизика и электрон.: сб. науч. тр. / Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. – Х., 2002. – 7, № 2. – С. 301−311. 8. Свойства квазиоптического резонатора с сосредоточен- ным элементом связи. I. Феноменологическая модель / Б. М. Булгаков, В. В. Гламаздин, М. П. Натаров, В. Н. Скре- санов // Радиофизика и электрон.: сб. науч. тр. / Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. – Х., 1996. – 1, № 1. – С. 46−53. 9. Свойства квазиоптического резонатора с сосредоточен- ным элементом связи. II. Расчет характеристик, экспери- мент и обсуждение результатов / Б. М. Булгаков, В. В. Гла- маздин, М. П. Натаров, В. Н. Скресанов // Радиофизика и электрон.: сб. науч. тр. / Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. – Х., 1998. – 3, № 1. – С. 11−14. 10. Эффективность возбуждения квазиоптического открытого резонатора из волновода / В. В. Гламаздин, М. П. Натаров, В. Н. Скресанов, А. И. Шубный // Изв. вузов. Радиофизика. – 2009. – 52, № 3. – С. 231−249. 11. Гламаздин В. В. Метод импеданса в исследовании характе- ристик открытых резонаторов при возбуждении гибрид- ных типов колебаний / В. В. Гламаздин, В. Н. Скресанов, А. И. Шубный // Радиофизика и электрон.: сб. науч. тр. / Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. – Х., 2008. – 13, № 1. – С. 9−19. 12. Твердотельные генераторы с квазиоптическими резонанс- ными системами / Б. А. Коцержинский, Е. А. Мачусский, Н. А. Першин, В. П. Тараненко // Изв. вузов. Радиоэлектрон. – 1987. – 30, № 10. – С. 13−23. 13. Нові пристрої зв’язку високодобротних НДВЧ резонаторів з хвилеводами: теорія, проектування, експеримент / В. Н. Скресанов, В. В. Гламаздін, М. П. Натаров та ін. // Пріоритети наук. співпраці ДФФД і БРФФД: матеріали спільних конкурс. проектів Держ. фонду фундам. дослідж. і Білоруського республік. фонду фундам. дослідж. – К.: ДІА, 2007. – С. 177−190. 14. Characteristics of the waveguide to quasioptical or dielectric resonator couplings / V. N. Skresanov, V. V. Glamazdin, M. P. Natarov, A. I. Shubny // MSMW’2010 Symp. Proc. [Электронный ресурс]. − Kharkov, 2010. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). – Загл. с этикетки диска. 15. Кузьмичев И. К. Эффективность возбуждения колебаний в открытом резонаторе, включенном в волноводную линию передачи / И. К. Кузьмичев // Изв. вузов. Радиофизика. – 2003. – 46, № 1. – С. 41−51. 16. Гинзтон Э. Л. Измерения на сантиметровых волнах / Э. Л. Гинзтон; пер. с англ. под ред. Г. А. Ремеза. – М.: Иностр. лит., 1960. – 620 с. 17. Устройства СВЧ и антенны / Д. И. Воскресенский, В. Л. Гостюхин, В. М. Максимов и др.; под ред. Д. И. Воскресенского. − 2-е изд., доп. и перераб. – М.: Ра- диотехника, 2006. – 376 с. 18. Сушкевич В. И. Нерегулярные линейные волноводные системы / В. И. Сушкевич. – М.: Сов. радио, 1967. – 296 с. 19. Аппаратно-вычислительный комплекс для измерения характеристик низко- и высокодобротных резонаторов в диапазоне 26…37,5 ГГц / В. Н. Скресанов, В. В. Гламаз- дин, А. И. Шубный, З. Е. Еременко // Радиофизика и элек- трон.: сб. науч. тр. / Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. – Х., 2009. – 14, № 3. – С. 389−400. V. V. Glamazdin, M. P. Natarov, V. N. Skresanov, A. I. Shubnyj RADIATION LOSSES OF THE LOCAL COUPLING ELEMENTS OF OPEN RESONATORS The results of experimental investigation of the radia- tion losses that take place under the open resonator excitation or energy output process are presented. Two methods of measure- ments were modified and used for investigations. One of them is based on the power measurements in open resonator and coupling waveguides (the method of power balance). The second method is based on the measurement of the resonator impedance and on the presentation of open resonator by equivalent circuit (the imped- ance method). The equivalent circuit which take into account the direct radiation of coupling element to free space and scattering of the resonant field by the coupling element was substantiated. Two types of coupling elements have been studied: the hole in the thin metal wall on the surface of the mirror which is connected to the rectangular waveguide and the narrow slot on the mirror surface which is smoothly transformed to rectangular waveguide. The reasons which decrease excitation efficiency and power output efficiency of open resonator have been found. Comparison of the characteristics of different coupling elements has been done. It has been shown that slot coupling elements are more effective general- ly, than hole coupling elements. Key words: open resonator, coupling element, radia- tion losses, excitation efficiency, power output efficiency, quality factor, open resonator equivalent circuit. В. В. Гламаздін, М. П. Натаров, В. М. Скресанов, О. І. Шубний РАДІАЦІЙНІ ВТРАТИ ЗОСЕРЕДЖЕНИХ ЕЛЕМЕНТІВ ЗВ’ЯЗКУ ВІДКРИТИХ РЕЗОНАТОРІВ Подано результати експериментального досліджен- ня радіаційних втрат енергії, які мають місце при збудженні відкритого резонатора (ВР) або виведенні з нього енергії зосе- редженим елементом зв’язку (ЕЗ). Модифіковано запропоно- вані раніше два методи вимірювань, один з яких оснований на вимірюванні квадратів амплітуд полів у ВР та зв’язаних з ним хвилеводах (метод балансу потужностей), а другий на вимі- рюванні імпедансу ВР, який представлено за допомогою екві- валентної схеми заміщення (імпедансний метод). Обґрунтова- но еквівалентну схему ВР, яка враховує пряме випромінюван- ня ЕЗ у вільний простір та випромінювання через розсіювання резонансного поля на ЕЗ. Досліджено ЕЗ двох типів, які най- більш часто використовують у ВР мм діапазону: отвір у діафрагмі на дзеркалі та звужений відкритий кінець хвиле- воду (щілина) на дзеркалі. Приведено результати вимірювань окремих складових радіаційних втрат та їх вплив на ефектив- ність збудження ВР та виведення енергії з ВР. Виявлено фак- тори, які спричиняють зниження ефективності збудження ВР. Зроблено порівняльну характеристику ЕЗ двох типів, показа- но, що ЕЗ у вигляді щілин в цілому мають більш високу ефек- тивність, ніж ЕЗ у вигляді отворів. Ключові слова: відкритий резонатор, елемент зв’язку, радіаційні втрати, ефективність збудження, ефектив- ність виведення енергії, добротність, еквівалентна схема резо- натора. Рукопись поступила 02.03.11 г.

Радиационные потери сосредоточенных элементов связи открытых резонаторов

Institution

Similar Items