Перестраиваемый СВЧ-резонатор Советский патент 1992 года по МПК H01P7/06 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, в частности к технике СВЧ, и может быть использовано в объемных СВЧ-резонаторах измерителей модуляционных шумов, в высокостабильных генераторах, режекторных фильтрах, волномерах и других СВЧ-устройствах, где применяются широкодиапазонные высокодобротные колебательные системы СВЧ.

К объемным СВЧ резонаторам предъявляются требования высокой добротности QH 10000), широкого диапазона рабочих частот, оптимальности согласования с трактом (нагрузкой), возможно меньшего изменения полосы пропускания (2Af) в рабочем диапазоне частот.

Известны цилиндрические объемные резонаторы СВЧ, представляющие собой ко- роткозамкнутый отрезок волновода и работающие на одном основном типе колебаний, т.е. являющиеся одномодовыми. Подобные резонаторы обычно снабжены плунжером, установленным внутри отрезка волновода и имеющим небольшой ход для обеспечения перестройки по частоте.

Известен объемный СВЧ резонатор, содержащий короткозамкнутый отрезок цилиндрического волновода, снабженный плунжером, установленным внутри отрезка цилиндрического волновода с возможностью продольного перемещения. Ход плунжера порядка 0.08D, где D - внутренний диаметр отрезка волновода, зазор между плунжером и внутренней поверхностью волновода составляет 0,0033 Ар, где Ар - рабочая длина волны. Выбор хода плунжера небольшим характерен для одномодовых резонаторов и является вполне достаточным для обеспечения рабочего диапазона частот, ограниченного точками пересечения с вырожденными типами волн. Зазор между плунжером и внутренней поверхностью резонатора должен быть минимально возможным; выполнить зазор меньше, чем указано выше, при выполнении требования его равномерности по всей окружности просто технологически очень сложно, увеличение зазора недопустимо, поскольку это вызывает появление паразитных типов колебаний и смещение рабочего диапазона частот.

Связь резонатора с трактом осуществляется через его торцовую стенку посредством петли связи, которая является частью внутреннего проводника коаксиальной проводящей линии, при этом у каждого конца петли выполнен короткозамкнутый виток для сведения к минимуму изменения вносимой индуктивности каждого соединителя петли связи в диапазоне частот.

Недостатком объемного резонатора и резонаторов подобного типа является узко- полосность, обусловленная невозможностью использования в качестве рабочего

более одного типа колебания из-за наличия неосновных вырожденных типов колебаний и мертвых зон в местах их пересечения с рабочим колебанием. Вторым фактором, ограничивающим диапазон частот резонатора является узкополосность петли связи из-за значительной технической сложности изменения площади петли при уменьшении несущей частоты, в результате чего такие конструкции практически не реализуются.

Известны также объемные резонаторы СВЧ, содержащие короткозамкнутый отрезок цилиндрического волновода, снабженный бесконтактным плунжером, установленным внутри резонатора с возможностью продол ьного перемещения, ход плунжера, и зазор его относительно внутренней поверхности резонатора такие же, как в резонаторе. Связь резонатора с трактом осуществляется через окно связи (щель), которое расположено на боковой поверхности резонатора на расстоянии от торцовой стенки равном

у, где L - длина резонатора. В окне связи

резонатора располагают язычок, который

изменяет величину связи для оптимального согласования в полосе частот. Длина язычка выбирается такой, чтобы он вместе с отверстием связи образовывал четвертьволновой резонансный контур. Данный резонатор, как и резонатор является одномодовым.

Недостаток резонатора заключается в узкополосности, что обусловлено возможностью работы только на одном типе колебаний.

Диапазон частот резонатора несколько шире, чем резонатора за счет использования подстраиваемого язычком окна связи. Изменением длины язычка, расположенного в окне связи, была осуществлена попытка создания четвертьволнового контура, однако сохранить индуктивный характер его сопротивления в широком диапазоне частот не удается. И, кроме того, такой резонатор конструктивно сложен и нетехнологичен.

Наиболее близким к предлагаемому является перестраиваемый объемный СВЧ резонатор, содержащий отрезок цилиндрического волновода, с одного конца которого размещена короткозамыкающая стенка, а с другой бесконтактный плунжер, установленный с возможностью плавного и дискретного перемещения, и на боковой стенке выполнено окно связи на расстоянии L/2 от короткоза- мыкающей стенки, где L - длина резонатора, причем плунжер установлен с зазором

порядка Ар (Ар - рабочая длина волны) относительно внутренней боковой поверхности отрезка цилиндрического волновода. Данный СВЧ резонатор использует в качестве рабочих несколько типов колебаний за счет увеличенного, по сравнению с известными резонаторами, хода плунжера, благодаря которому удается обойти пораженные области, однако высокая добротность и оптимальное согласование в данном резонаторе обеспечивается в довольно узкой полосе частот, причем с ростом частоты добротность падает, что обусловлено неоптимальным месторасположением отверстия связи, и, кроме того, установлением малого по величине зазора между плунжером и боковой поверхностью цилиндрического отрезка волновода, которое приводит к вырождению высших (наиболее высокодобротных) типов колебаний.

Цель изобретения - повышение добротности при увеличении рабочей частоты и улучшение согласования.

Поставленная цель достигается тем, что в перестраиваемом СВЧ резонаторе, содержащем отрезок цилиндрического волновода, с одного конца которого размещена короткозамыкающая стенка, а с другого - бесконтактный плунжер, установленный с возможностью дискретного и плавного перемещения, и на боковой поверхности выполнено окно связи, предлагается зазор между бесконтактным плунжером и поверхностью отрезка цилиндрического волновода установить равным 0,02 АН, где АН - наибольшая рабочая длина волны, а окно связи разместить от короткозамыкающей стенки на расстоянии, равном четверти длины волны для среднего номера типов колебаний.

Сущность изобретения заключается в том, что, благодаря указанному размещению отверстия связи, реализуется недос- вязанный вариант для нижней моды (наибольшая длина волны) и пересвязанный вариант волны верхней моды (наименьшая длина волны), что способствует обеспечению оптимального согласования в широком диапазоне частот и повышению добротности, при этом опасность возникновения вырожденных колебаний типа Eimn, так и опасность вырождения высших (наиболее высокодобротных) колебаний типа H0mn, являющихся рабочими для предложенной конструкции резонатора, предотвращаются выбором зазора между плунжером и боковой поверхностью резонатора, равным 0,02 АН.

На чертеже представлена конструкция резонатора.

Резонатор содержит отрезок цилиндрического волновода 1, с одного конца которого размещена неподвижная короткозамыкающая стенка 2, а с другого - бесконтактный

плунжер 3, соединенный с при води о-отсчет- ным механизмом 4, с помощью которого осуществляется перестройка резонатора в рабочем диапазоне частот. Возбуждение резонатора осуществляется через окно 5

0 связи. Приводно-отсчетный механизм 4 включает направляющую ось 6, каретку 7, зубчатое колесо (не показано) и верньер 8. Перестраиваемый СВЧ резонатор работает следующим образом.

5 По возбуждающему волноводу (не показан) через окно 5 связи в резонатор подается СВЧ энергия, в результате чего в нем возбуждаются колебания СВЧ. Каждому частотному диапазону устанавливается рас0 считанный тип колебаний, который может возбуждаться только на определенном резонансном объеме, устанавливаемым текущим положением плунжера 2. Конструкция резонатора позволяет реализовать много5 модовый резонатор для любого количества типов колебаний. Переход с одного типа колебаний на другой осуществляется механическим перемещением плунжера 2 согласно составленному расчетным путем

0 градуировочному графику (зависимость резонансной частоты от текущего значения длины L резонатора). Перестройка же частоты в пределах каждого типа колебаний осуществляется исходя из линейной зависимости ча5 стоты f от величины L

Экспериментальные исследования предложенной конструкции резонатора показали, что резонатор имеет диапазон перестройки более 4 ГГц на частотах порядка 20

0 ГГц при обеспечении ,7 и нагруженной добротности QH 14000-25000. Формула изобретения Перестраиваемый СВЧ-резонатор, содержащий отрезок цилиндрического волновода, с

5 одного кон ца которого размещена короткоза- мыкающая стенка, а с другого - бесконтактный плунжер, установленный с возможностью дискретного и плавного перемещения, и на боковой поверхности выполне0 но окно связи, отличающийся тем, что, с целью повышения добротности при увеличении рабочей частоты и улучшения согласования, зазор между бесконтактным плунжером и поверхностью отрезка цилин5 дрического волновода равен 0,02 АН, где Ан - наибольшая рабочая длина волны, а окно связи размещено от короткозамыкающей стенки на расстоянии, равном четверти длины волны для среднего номера типов колебаний.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике СВЧ-диапазона. Цель изобретения - повышение добротности при увеличении рабочей частоты и улучшение согласования. Перестраиваемый СВЧ-резо- натор содержит отрезок 1 цилиндрического волновода, с одного конца которого размещена короткозамыкающая стенка 2, а с другого - бесконтактный плунжер 3, установленный с возможностью дискретного и плавного перемещения. Зазор между бесконтактным плунжером 3 и поверхностью отрезка 1 равен 0,02 АН, где АН - наибольшая рабочая длина волны. В отрезке 1 на расстоянии, равном четверти длины волны для среднего номера типов колебаний от короткозамыкающей стенки 2, выполнено окно 5 связи. Перестраиваемый СВЧ-резо- натор работает на колебаниях высших типов Нотп, что обеспечивает широкий диапазон перестройки частоты. Указанный выбор размеров позволяет повысить добротность и улучшить согласование при перестройке частоты. 1 ил. сл с 4 ГО о