Открытый резонатор СВЧ Советский патент 1988 года по МПК H01J23/20 

.,.

«4

00 со ю ю

Изобретение может быть использовано в измерительной технике, радиолокации, спектроскопии в качестве электродинамических систем квантовых генераторов. Открытьй сверхвысокочастотный резонатор содержит сферическое зеркало 1 и зеркало 2 в виде металлической гребенки, канавки 3 которой между ламелями 4 заполнены диэлектриком. Величина относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика, период 1, ширина d и высота h канавки 3 связаны между собой соотношением € (1/2)2 (2j + 1)Vq h2 + 4(r/d)2, где j О, 1, 2; Г 1, 2; It l/Ti, где Х - длина волны рабочего колебания резонатора; 0,11 ё de 0,91; 0,5- 6 h 1,, 0,5 :SK, . мин 1 /fl-sin(tf-oi) 2 / 1+5in(tf-ti-), где oL arCsin(m Ji/2a) , m 0, 1 , 2 - поперечный индекс рабочего колебания; а - поперечный размер резонатора; Cf arcsin(1/2x.cosDt.) .Изобретение расширяет функциональные возможности резонатора путем разрежения его спектра. 1 ил. (Л

Изобретение относится к технике СВЧ, а более конкретно к устройству открытого резонатора миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов, и может найти применение в измерительной технике, радиолокации, спектроскопии в качестве электродинамических систем квантовых генераторов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей разона- тора путем разрежения его спектра.

На чертеже изображен резонатор.

Открытый резонатор СВЧ содержит сферическое зеркало 1 и зеркало 2 в виде металлической гребенки, канавки 3 которой между ламелями 4 заполнены диэлектриком. Параметры гребен- 1КИ и величина относител ьной диэлектрической проницаемости диэлектрика выбираются в зависимости от таких характеристик проектируемого резонатора, как резонансная частота, добротность, коэффициент отбора энергии, уровень селекции мод, на основании расчета коэффициента отражения плоской волйы от гребенки на зеркале 2 о Коэффициенты отражения плоской Е- или Н-поляризованной волны от .гребенки определяются в результате строгого решения соответствующей задачи математической физики.

Колебания в открытом резонаторе формируются в результате суперпозиции плоских волн, распространякяцихся под некоторьпчи углами об относительно оси 5 резонатора. Для разрежения спектра резонатора необходимо обеспечить отражение этих волн в зуком секторе углов Л ± и , Удалось установить, что добиться коэффициента отражения R.p, близкого к единице в малой окрестности частоты рабочего колебания, позволяет вьтолнение зеркала 2 в виде гребенки, канавки 3 которой заполнены диэлектриком, при этом величина , ширина щели d и значение Тс гребенкой должны удовлетворять приведенным в формуле изобретения соотношениям. Ограничения на. х создают условия для работы резонатора на (-1) гармонике пространственного спектра гребенки и исключают наличие каналов излучения на других распространяющихся гар мониках спектра, приводящих к диф- ференционным потерям,

Ограничение на величину отношения продиктовано технологическими соображениями, связанными с трудностями

изготовления гребенки со слишком тонкими ламелями или слишком узкими щелями. Индексы j и г описывают число вибраций резонансного поля в щелях решетки по высоте и ширне. Дальнейшее увеличение г свьш1е значения 2 не приводит к улучшению параметров -системы, например, по коэффициенту отражения I R.,, I , Параметр j определяет количество вариаций поля по высоте h, и, следовательно, развитость периодической структуры и омические потери в системе, В связи с этим увеличение j более 2 не является целесообразным.

Интервал изменения h определяется возможными значениями j 0,1,2 - чилом вариаций поля по высоте канавки решетки.

Значение угла oi. определяется типом рабочего колебания открытого р)€зонатора,а именно поперечным индексом, или числом вариаций поля колебания вдоль оси Y:

S in ui а

±rfl

2а

т

1/

tj,m

условие поперечног резонанса. Здесь m - поперечный индекс рабочего колебания вдоль оси Y (см, чертеж); q - продольный индекс вдоль оси

Z;

-длина волны рабочего колебания;

-относительный размер резонатора вдоль оси Y,

Пример.Рассчитывают размеры резо натора,в котором возможно только чисто продольное колебание типа с рабочей длиной волны и 4 мм. Поскольку m - 0,fl(,,,продольный размер резонатора вдоль оси Z равен qA/ 40 мм,а 60 мм - поперечный размер резонатора выбираетс из соображений получения максимальной добротности на основе опыта.Поскольку в теоретической модели решетка предполагается бесконечной вдоль направления ее периодичности (ось Y),целесообразно выбирать .С другой стороны,есть ограничения на величину It (см. формулу изобретения) при X 4 мм, 2 мм 1 - 6 мм. Останавливаются на значении мм, т.е.к 0,75. Находят угол tf 41,8°, выбирают тефлон в качестве заполнителя канавок решетки ( 2,04 в четырехмиллиметровом диапазоне длин волны), Ширину канавки гребенки берут в указанных в

формуле пределах, например d 2,1, что дает d/1 0,7. Это значение позволяет определить величину г из условия распространения внутри канавки волноводной моды с номером 1,5. Из условия возможных значений (см. формулу изобретения) г 1. Значение индекса j берут небольшим, т.к. в противном случае возрастает значе- ние Ь,.и, следовательно, уровень омических потерь. Останавливаются на значении j 1. Определяют глубину гребенки h 2,82. Расчет показывает, что значение модуля коэффициента от- ражения JR., | для рабочего колебания резонатора составляет 0,924, т.е. довольно близок к 1. Значения собственной добротности Q резонатора могут составить величину Q 20-10, В пред .лагаемом открытом резонаторе СВЧ осуществляется разрежение спектра не только по поперечным, но и продольным индексам колебаний.

Формула изобретения

Открытый резонатор СВЧ, состоя- где ei arcsin(); щий из двух зеркал, одно из которых, 0,1,2-поперечньш индекс рабочего расположенное под углом к оси резо- ЗО колебания,

,натора, выполнено в виде металлической а - поперечный размер резонатора, гребенки с заполненными диэлектрикомм;

канавками между ламелями, о т л и - if arcsin(1/2ltcos«) .

чающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей резонатора путем разрежения его спектра, величина 6 относительной диэлектрической проницаемости диэлекрика, период 1, м, ширина d, м, ка навки и высота h, м. ламелей гребенки связаны между собой соотношением;

Е (l/2jt)(2j + 1)(r/d)2 ,

где j 0,1,2;

. 1,2;

X 11%

где - длина волны рабочего колебания резонатора,

при этом значения d, h и ч. находятся в пределах

0,11 .d . 0,91;

0,5 Л h:e- 1,5л;

0,5 & у, мин 1/ 1-81п(Ср-й)

2/ n-sin(tf-ot,),