Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике 4.3. ФЕРРИТОВЫЙ РЕЗОНАТОР В ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ ЗАМЕДЛЕННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛНПрименение линий передачи замедленных электромагнитных волн в технике ферритовых резонаторов представляет практический интерес, поскольку позволяет решить следующие основные задачи: 1. Увеличение связи резонатора с линией передачи. Обусловлено оно тем, что коэффициент связи обратно пропорционален длине волны в линии передачи. Решение этой задачи особенно важно при расширении рабочего диапазона частот устройств с ферритовыми резонаторами в сторону дециметровых волн. 2. Поскольку геометрические размеры линий передачи замедленных волн зачастую меньше размеров обычных линий передачи (в том же диапазоне частот), сочетание ферритовых резонаторов с этими линиями позволяет создать малогабаритные устройства. 3. Очень часто применение линий передачи замедленных волн позволяет получить невзаимный характер взаимодействия ферритового резонатора с линией передачи, благодаря чему появляется возможность создания невзаимных устройств. При применении ферритовых резонаторов представляют интерес следующие замедляющие структуры: 1. Передающие линии с периодической структурой. Эти системы наиболее распространены в технике СВЧ электронно-лучевых приборов с протяженным взаимодействием волны с электронным пучком. В последние годы передающие линии с периодической структурой применяются в сочетании с ферритовыми резонаторами [101]. 2. Линии передачи, в которых используется заполнение пространства между проводниками линии диэлектриком с При полном заполнении линии передачи диэлектриком задача анализа взаимодействия резонатора с такой линией не представляет затруднений, поскольку полученные выше соотношения для коэффициентов связи здесь применимы с учетом того, что длина волны в линии передачи, заполненной диэлектриком, уменьшается примерно в При частичном заполнении линии передачи диэлектриком задача анализа взаимодействия ферритового резонатора с линией становится несколько более громоздкой. Однако ее решение представляет интерес в связи с некоторыми возможностями практического применения. Рассмотрим более подробно особенности связи ферритового резонатора с некоторыми линиями передачи, частично заполненными диэлектриком, а также вопросы инженерного расчета этих систем. Ферритовый резонатор в Н-образном металлодиэлектрическом волноводеН-Образный металлодиэлектрический волновод представляет собой плоскопараллельную линию передачи СВЧ с частичным диэлектрическим заполнением (верхний рисунок в табл. 6). Этот волновод был предметом исследования в ряде работ [102—105] и является, вообще говоря, наиболее подходящим для использования в миллиметровом диапазоне волн [104, 105]. Однако если использовать для центральной секции диэлектрик с очень большой диэлектрической проницаемостью, можно получить волновод с весьма малым эффективным поперечным сечением распространения. Такой Н-волновод с малым поперечным сечением пригоден для использования в миниатюрных конструкциях с низкими потерями на низких частотах СВЧ-диапазона [106]. На рис. 57 показано типичное распределение поля в поперечном сечении волновода для основной волны типа
С учетом соотношений для составляющих электромагнитного поля волны
Рис. 57. Распределение амплитуд составляющих СВЧ магнитного поля в поперечном сечении Н-образного металлодиэлектрического волновода при Пользуясь ими и соотношениями для характеристик линии передачи с резонатором (табл. 2), можно рассчитать коэффициенты отражения, прохождения и поглощения (рис. 58). Если связь резонатора с волноводом меньше критического значения (рис. 58, а), то коэффициент прохождения минимален при
Рис. 58. Зависимости коэффициентов прохождения, отражения и поглощения при резонансе от координаты расположения ферритового резонатора в Н-образном металлодиэлектрическом волноводе При перемещении резонатора в сторону удаления от пластины коэффициент прохождения стремится к единице, что обусловлено убыванием плотности потока электромагнитной энергии по мере удаления от пластины. При перемещении резонатора от координаты В случае, если связь резонатора с волноводом больше критического значения (рис. 58, б), коэффициент прохождения при перемещении резонатора в поперечном сечении волновода равен нулю в двух координатах, где выполняется условие Для ряда практических применений важно отсутствие отражения электромагнитной энергии от резонатора. Известно, что это имеет место при расположении резонатора в области круговой поляризации СВЧ магнитного поля. Из проведенного анализа следует, что в рассматриваемом случае приложения магнитного поля вдоль оси у при расположении резонатора
Осуществление полностью невзаимной связи ферритового резонатора с волноводом для применяемых обычно значений диэлектрической проницаемости пластины возможно при приложении поля подмагничивания под некоторым углом в плоскости
В расчетные соотношения для коэффициентов связи входят волновые числа и длина волны в Н-образном металлодиэлектрическом волноводе. Эти параметры определяются следующими соотношениями: волновые числа
длина волны в волноводе
Рис. 59. Расчетные графики для определения поперечных волновых чисел в Н-образном металлодиэлектрическом волноводе. Для облегчения расчетов волновых чисел составлены графики (рис. 59), которые получены в результате решения системы уравнений (4.40). Приведем пример расчета параметров Н-волно-вода. Пример. Определить поперечные волновые числа и длину волны в Н-образном металлодиэлектрическом волноводе, который выполнен на основе диэлектрической пластины толщиной Решение. 1. По заданному 2. Пользуясь рис. 59, находим 3. Пользуясь рис. 59, находим 4. Пользуясь формулой (4.41), находим Ферритовый резонатор в коаксиальной линии с частичным диэлектрическим заполнениемОбычная коаксиальная линия с волной типа ТЕМ не может быть использована для создания невзаимных ферритовых устройств, так как в ней существует только одна составляющая СВЧ магнитного поля. Для обеспечения невзаимного характера взаимодействия ферритового резонатора с коаксиальной линией необходимо создать в ней эллиптическую поляризацию магнитного поля, что осуществляется например, частичным заполнением линии диэлектриком [109]. Частичное заполнение коаксиальной линии передачи диэлектриком приводит к возмущению однородного поперечного электрического поля, в результате чего появляется продольная составляющая магнитного поля, которая вместе с поперечной составляющей образует эллиптическую поляризацию. В отличие от других способов частичное заполнение линии передачи приводит также к замедлению электромагнитной волны и, следовательно, к увеличению связи ферритового резонатора с линией передачи. При исследовании взаимодействия ферритового резонатора с коаксиальной линией, частично заполненной диэлектриком, удобно представить [112] коаксиальную линию в виде плоско-параллельной линии с периодическим расположением диэлектрических слоев (рис. 60). При этом период Коэффициент заполнения диэлектриком коаксиальной линии и ее аналога равен
Рис. 60. Ферритовый резонатор в коаксиальной линии передачи, частично заполненной диэлектриком (а), и плоско-параллельиый аналог системы: частично заполненная диэлектриком коаксиальная линия — ферритовый резонатор (б). Из всех возможных типов волн плоско-параллельного аналога [113] будем рассматривать лишь Н-волну основного типа. Используя выражения для составляющих поля этой волны и учитывая, что угловой координате а в коаксиале соответствует величина При увеличении Степень невзаимной связи резонатора с коаксиальной линией можно оценить, исследуя зависимости частных коэффициентов связи от перемещения резонатора по угловой координате (рис. 62). Различие коэффициентов связи свидетельствует о невзаимности системы. При (кликните для просмотра скана) неравенстве нулю коэффициента связи
Рис. 63. Зависимости коэффициентов прохождения, отражения и поглощения от угловой координаты расположения ферритового резонатора
Рис. 64. Зависимости коэффициента прохождения от угловой координаты расположения ферритового резонатора Характер зависимостей коэффициентов отражения, прохождения и поглощения при резонансе от перемещения резонатора по угловой координате отличается от аналогичных зависимостей для Н-образного металлодиэлектрического волновода тем, что в данном случае существуют координаты, при расположении в которых ферритового резонатора коэффициент отражения равен нулю (рис. 63). Проведенные экспериментальные исследования, результаты которых показаны на рис. 64 точками, наряду со сплошными расчетными линиями, показывают удовлетворительное соответствие расчета и эксперимента при размещении резонатора вдали от диэлектрического слоя.
Рис. 65. Расчетные графики для определения поперечного волнового числа в зоне диэлектрика коаксиальной линии передачи, частично заполненной диэлектриком.
Рис. 66. Расчетные графики для определения поперечного волнового числа в зоне воздуха коаксиальной линии передачи, частично заполненной диэлектриком. При размещении резонатора вблизи слоя результаты расчета дают несколько завышенное значение коэффициента связи. Это обусловлено тем, что вблизи слоя, особенно при больших коэффициентов связи предположение, которое касается однородности СВЧ магнитного поля по объему ферритового резонатора. Нарушение однородности поля особенно существенно при больших Как и в случае Н-образного металлодиэлектрического волновода, основной трудностью при расчете характеристик коаксиальной линии с резонатором является нахождение поперечных волновых чисел. Для определения волновых чисел основного типа квази-Н-волны коаксиальной линии передачи, частично заполненной диэлектриком, составлены графики (рис. 65, 66). Они получены в результате графического решения системы трансцендентных уравнений
где
|
1 |
Оглавление
|