3.2. МЕТОДЫ РАСЧЕТА СВЧ-СХЕМ С ТВЕРДОТЕЛЬНЫМИ РЕЗОНАТОРАМИ

Основой для расчета и конструирования резонансных СВЧ-устройств являются результаты исследования связи твердотельных резонаторов с линиями передачи СВЧ. Решение задачи о резонаторе, связанном с линией передачи СВЧ, можно выполнить, либо анализируя соответствующую граничную задачу, либо представляя резонатор как колебательную систему, связанную с линией передачи. Большинство методов расчета СВЧ-схем с резонаторами относится к ферритовым резонаторам. Приближенными методами решения граничных задач являются метод, примененный В. В. Никольским [54] к анализу волноводов и полых резонаторов с ферритовыми образцами, и метод возмущений, развитый А. Г. Гуревичем [6] для расчета слабой связи ферритовых образцов с линиями передачи. Метод возмущений может

быть использован также для расчета произвольной связи ферритового резонатора с линиями передачи [55].

Метод самосогласованного поля, разработанный А. Г. Гуревичем [56], основан на представлении переменной намагниченности ферритового образца как колебательной системы, возбуждающей в волноводе электромагнитное поле (поле излучения) и в то же время возбуждаемой самосогласованным полем, которое состоит из невозмущенного поля волновода и поля излучения. Метод самосогласованного поля широко применяется для расчета конкретных СВЧ-схем с ферритовыми резонаторами [57—61]. К. Г. Гудков использовал метод самосогласованного поля при исследовании невзаимной связи ферритового резонатора с линией передачи и применительно к многорезонаторным СВЧ-фильтрам [62—64].

Решение задачи о возбуждении волновода переменной намагниченностью ферритового резонатора с последующим учетом степени связи резонатора с волноводом выполнено в работах А. Л. Микаэляна, В. Я. Антоньянца и др. [65—68]. Связь в этих работах учитывалась либо введением потерь на излучение в тензор магнитной восприимчивости ферритового резонатора либо использованием эквивалентной (нагруженной) добротности ферритового резонатора [67, 68].

Известны работы В. Г. Калины, в которых для расчета СВЧ-схем с ферритовыми резонаторами широко используются матричные методы. В ряде случаев представляет интерес решение задачи о связи резонатора с линиями передачи путем анализа эквивалентных схем исследуемых систем [69—75]. Однако для расчета параметров эквивалентных схем все же необходимо использовать электродинамические методы.

Анализ взаимодействия ферритового резонатора с электромагнитными полями при возбуждении магнитостатических типов прецессии выполнен в ряде работ [76, 77].

Для инженерных расчетов резонансных устройств удобным является метод анализа, в котором линия передачи СВЧ и резонатор рассматриваются как связанная система. Степень связи характеризуется коэффициентом, через который представляются основные характеристики линии передачи с резонатором — коэффициенты отражения прохождения и поглощения электромагнитной энергии СВЧ [53, 78, 79].

В соответствии с этим методом задача решается в два этапа: вначале, решая уравнение баланса мощностей (либо анализируя Эквивалентные схемы), получают общие выражения для характеристик линии передачи с резонатором. Затем вычисляют коэффициенты связи применительно к конкретным случаям расположения того или иного резонатора в линии передачи СВЧ.

Этот метод используется ниже для расчета различных СВЧ схем с резонаторами в установившемся режиме. Характеристики линий передачи с резонатором обсуждаются в настоящей главе.

Расчет коэффициентов связи и результаты экспериментального исследования изложены в следующей главе.