СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МЕЖРЕЗОНАТОРНОЙ СВЯЗИ СИСТЕМЫ ДВУХ СВЯЗАННЫХ РЕЗОНАТОРОВ Российский патент 2009 года по МПК H01P7/00 

Изобретение относится к способам определения электродинамических параметров колебательных систем, в частности связанных резонаторов, которые используются в технике СВЧ в качестве фильтров и в ускорительной технике в качестве элементов ускоряющих структур.

Известен способ определения коэффициента межрезонаторной связи системы двух связанных резонаторов, подсоединенной к внешней линии, согласно которому при межрезонаторной связи больше критической измеряют расщепление частот (Δf) полосовой характеристики системы - зависимости мощности отраженного от системы связанных резонаторов СВЧ сигнала от частоты. Для этой цели изготавливают макет-аналог системы связанных резонаторов, слабо связанной с внешней линией, регистрируют полосовую характеристику и определяют искомый коэффициент (К) из выражения К=Δf/f, где f - собственная частота каждого резонатора, входящего в систему [1]. Слабая связь необходима для исключения влияния указанной связи с внешней линией на результаты измерений и получения расщепленной полосовой характеристики.

Однако при межрезонаторной связи меньше критической расщепление частот не происходит, и из полосовой характеристики невозможно определить коэффициент межрезонаторной связи системы связанных резонаторов.

Известен способ определения коэффициента межрезонаторной связи системы двух связанных резонаторов путем макетирования отдельных элементов системы. По этому способу изготавливают макеты-аналоги первого и второго резонаторов и их возбуждают из регулярного волновода через диафрагму, аналогичную межрезонаторной с коэффициентом передачи (Т), при этом измеряют внешнюю добротность первого резонатора по отношению ко второму (Q_EXT12) и внешнюю добротность второго резонатора по отношению к первому (Q_EXT21) - Коэффициент передачи диафрагмы (Т) измеряют при помещении макета - аналога диафрагмы в регулярный волновод. Затем вычисляют межрезонаторный коэффициент связи (К) из известного выражения K=1/T(Q_EXT12Q_EXT21)^1/2 [2].

Недостатки приведенных способов заключаются в их трудоемкости и сложности процесса макетирования.

Коэффициент межрезонаторной связи системы двух связанных резонаторов (К) можно определить также из известного выражения W₂/W₁=(Q₂K)², где W₁, W₂ - запасенная энергия соответственно в первом и втором резонаторах, Q₂ - собственная добротность второго резонатора [2].

Однако измерение отношения W₂/W₁ затруднено, поскольку также требуется макетирование и калибровка датчиков поля в резонаторах.

Задачей изобретения является разработка нового простого способа определения коэффициента межрезонаторной связи системы двух связанных резонаторов без макетирования элементов системы, позволяющего определить искомый коэффициент при межрезонаторной связи как больше, так и меньше критической, т.е. и для случая, когда расщепление полосовой характеристики системы не происходит.

Поставленная задача решается заявленным способом, который существенно отличается от известных способов аналогичного назначения.

Заявленный способ характеризуется тем, что к первому резонатору системы двух связанных резонаторов подсоединяют внешнюю линию и измеряют коэффициент связи этой системы с внешней линией (β), затем второй резонатор отключают от первого, например, замыкая его штырем, и измеряют коэффициент связи измененной системы с той же внешней подводящей линией (β₁), и по результатам измерений определяют искомый коэффициент межрезонаторной связи (К) из выражения: К=[(β₁/β-1)/(Q₁Q₂)]^1/2, где Q₁, Q₂ - собственная добротность соответственно первого и второго резонаторов.

Данное математическое выражение получено из следующего. Известно, что коэффициент связи колебательной системы с внешней подводящей линией определяется как отношение внешних потерь при выключенном генераторе (потерь в подводящей линии) к полным внутренним потерям системы [3]. Для системы, состоящей из двух связанных резонаторов, коэффициент связи с внешней линией, подсоединенной к первому резонатору, будет: β=P_EXT/(P₁+P₂), где P₁, P₂ - мощности потерь СВЧ энергии соответственно в первом и втором резонаторах, P_EXT - мощность внешних потерь (во внешней линии) при выключенном генераторе. Если второй резонатор отключить, например, замыкая его штырем, то коэффициент связи с внешней линией изменится: β₁=P_EXT/P₁. С другой стороны, отношение запасенной энергий во втором резонаторе W₂ к энергии, запасенной в первом резонаторе W₁, в системе связанных резонаторов определяется из выражения: W₂/W₁=(Q₂K)² [2].

Поскольку W₂=P₂Q₂/2πf, W₁=P₁Q₁/2πf[3], получаем: К=[(β₁/β-1)/(Q₁Q₂)]^1/2.

Таким образом, изменение исходной системы двух связанных резонаторов путем отключения второго резонатора от первого позволило использовать для определения коэффициента межрезонаторной связи другие электродинамические параметры, а именно коэффициент связи исходной системы с внешней линией (β), коэффициент связи измененной системы с той же внешней линией (β₁), собственные добротности первого (Q₁) и второго (Q₂) резонаторов. Эти параметры могут быть измерены известными стандартными приборами без макетирования каких-либо узлов системы, что существенно упрощает процесс определения коэффициента межрезонаторной связи системы двух связанных резонаторов при связи как больше, так и меньше критической.

На представленном чертеже приведена схема системы двух связанных резонаторов. Резонаторы 1 и 2 связаны между собой диафрагмой связи 3. К резонатору 1 подсоединена внешняя линия в виде отрезка волновода 4. Для отключения резонатора 2 от резонатора 1 используется замыкающий штырь 5.

Достоверность результатов, полученных заявленным способом, подтверждается сравнением с результатами, полученными по способу [2], и с результатами, полученными по способу [1]. Все измерения проводились на макете, содержащем резонаторы, выполненные из отрезков прямоугольного волновода. Использовалась одна и та же межрезонаторная диафрагма с коэффициентом передачи Т=1.9×10^-3, обеспечивающая связь больше критической. Связь больше критической выбрана для сравнения разных методов измерения. Данные измерений приведены в таблице.

Способ Параметр Значение Заявленный K=[(β₁/β-1)/(Q₁Q₂)]^1/2 β 1.2 β₁ 7.7 Q₁ 10070 Q₂ 9590 K 2.36×10^-4 Известный [2]К_[2]=1/T(Q_EXT12Q_EXT2l) T 1.9×10^-3 Q_EXT12 2.34×10⁶ Q_EXT21 2.23×10⁶ К_[2] 2.3×10^-4 К_[2]/К 0.97 Известный [1] K_[1]=Δf/f. Δf, МГц 0.518 f, МГц 2437.8 K_[1] 2.12×10^-4 К_[1]/К 0.9

Отсутствие процесса макетирования системы и ее основных частей выгодно отличает новый способ от известных способов аналогичного назначения.

Источники информации

1. Б.П.Асеев Колебательные цепи. М., «Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио», 1955, с.163.

2. В.И.Иванников, Ю.Д.Черноусов, И.В.Шеболаев. Свойства связанных резонаторов. // Радиотехника и электроника, 2000, том. 45, №2, с.180-184.

3. И.В.Лебедев. Техника и приборы СВЧ. T.1., М., "Высшая школа", 1970, с.302.

Изобретение относится к СВЧ и ускорительной технике. Техническим результатом является упрощение способа и возможность определения искомого коэффициента при связи как больше, так и меньше критической. Способ характеризуется тем, что вначале измеряют коэффициент связи системы с внешней линией, подсоединенной к первому резонатору (β), затем отключают связанный с первым второй резонатор, замыкая его штырем, и измеряют коэффициент связи измененной системы с той же внешней линией

(β₁), после чего определяют коэффициент межрезонаторной связи исходной системы (K) из выражения K=[(β₁/β-1)/(Q₁Q₂)]^1/2, где Q₁, Q₂ - собственные добротности соответственно первого и второго резонаторов. Изменение исходной системы двух связанных резонаторов позволило использовать для определения коэффициента межрезонаторной связи другие электродинамические параметры, которые могут быть измерены стандартными приборами без макетирования каких-либо узлов системы. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ определения коэффициента межрезонаторной связи системы двух связанных резонаторов, соединенной с внешней линией, характеризующийся тем, что вначале измеряют коэффициент связи системы с внешней линией, подсоединенной к первому резонатору, затем отключают связанный с первым второй резонатор и измеряют коэффициент связи измененной системы с той же внешней линией, после чего определяют коэффициент межрезонаторной связи исходной системы из выражения
K=[(β₁/β-1)/(Q₁Q₂)]^1/2,
где β - коэффициент связи исходной системы с внешней линией;
β₁ - коэффициент связи измененной системы с внешней линией;
Q₁,Q₂ - собственные добротности соответственно первого и второго резонаторов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что второй резонатор системы отключают от первого путем замыкания его штырем.