раза) с тем, чтобы намагниченность по объему была также однородной. Для диэлектрического резонатора малость размеров резонатора по сравнению с размерами отверстия связи не является обязательной при тонкой перегородке [94]. Как показывают исследования [42], влияние тонкой перегородки на резонансную частоту диэлектрического резонатора не сказывается при размерах отверстия связи, сравнимых с размерами диэлектрического резонатора.

4. Общая стенка линий передачи предполагается тонкой с тем, чтобы напряженность магнитного поля в центре отверстия связи равнялась половине той амплитуды поля, которая была бы там при отсутствии отверстия связи, как это следует из результатов теории Бэтэ [95].

При этих предположениях коэффициенты связи резонатора с входной и выходной линиями передачи могут быть рассчитаны по общей формуле (4.26) для коэффициентов связи резонатора с согласованной линией передачи. Это обусловлено следующим. Коэффициент связи пропорционален квадрату амплитуды магнитного поля в месте расположения резонатора: при этом связь находящегося в пучности СВЧ магнитного поля резонатора с короткозамкнутой линией передачи в четыре раза больше по сравнению с согласованной линией. Наличие отверстия связи в короткозамкнутой стенке приводит к уменьшению амплитуды поля в два раза и уменьшению коэффициента связи в четыре раза. Таким образом, связь резонатора с линиями передачи при включении разонатора как элемента связи при принятых допущениях равна связи резонатора с согласованной линией передачи при включении резонатора как неоднородности. Это позволяет использовать одни и те же соотношения для коэффициентов связи при расчете основных схем включения твердотельного резонатора.

При расчете связи резонатора с линиями передачи в комбинированных схемах включения необходимо учитывать, что коэффициент связи резонатора с короткозамкнутыми плечами линии передачи зависит от расстояния Zo между центром отверстия связи и короткозамыкающей стенкой линии передачи. При связи резонатора с короткозамкнутым плечом по поперечной составляющей поля связь резонатора с короткозамкнутым плечом определяется соотношением 2/Ccos2 pzo-

4. 2. связь ФЕРРИТОВОГО РЕЗОНАТОРА С ЛИНИЕЙ ПЕРЕДАЧИ

Используя общие расчетные соотношения для коэффициентов связи резонатора с линией передачи, нетрудно рассчитать его связь с конкретной линией передачи, для которой известно математическое описание структуры поля. Составляющие произвольного магиит1ЮГо поля, изменяющегося по гармоническому закону,

Я, = Я; + ;Я; Я^ = Я; + /Я;, Я^ = Я; + /Я^ в случае волны типа ТЕ могут быть записаны в виде = Н' = h, Н^ - Н' = = Л^, = jH = {h, h, - амплитуды составляющих магнитного поля в месте расположения резонатора). Если поле подма!-ничивания приложено к ферритовому резонатору под произвольным углом к осям координат, по которым разложены составляю-;щие СВЧ магнитного поля (рис. 3), то с учетом соотношений (1.5б) для дипольного момента ферритового резонатора и общих соотношений (4.26) коэффициенты связи резонатора с согласованной линией передачи можно рассчитать по формулам [93]: 1. Магнитное поле приложено вдоль оси у

К, = 0,5 at;{h±hf.

2. Магнитное поле приложено вдоль оси z

, = 2-=0.5%(Л! + Л>

3. Магнитное поле приложено вдоль оси х

л:, = 0.5 ах; (Л^ ±hf.

4. Магнитное поле приложено в плоскости хоу

1 = 0,5 ох; (Л^ cos а, -/1 sin а, ± hf.

(4.27)

(4.28)

(4.29)

(4.30)

1 где о = соЦдОфМ/= иОл Оф/ЯР; Я-мощность, переносимая волной рассматриваемого типа по линии передачи; Уф - объем резонатора, i Рассмотрим особенности взаимодействия ферритового резо-[ натора с различными наиболее часто применяющимися на практике линиями передачи СВЧ.

Прямоугольный волновод

При включении ферритового резонатора как неоднородности I в согласованный прямоугольный волновод и приложении поля в плоскости хоу сотношения для коэффициентов связи имеют вид

sin- cosa, ±

2а

cos-

(4.31)

В наиболее часто применяемом случае приложения поля вдоль : оси у эти выражения приведены в табл. 5. При размещении резо-натора в области линейной поляризации СВЧ магнитного поля 1 = 2 = 0,5/С, при размещении резонатора в области эллиптической поляризации магнитного поля К1ФК2, что является при-

Таблица 5

Расчетные соотношения для коэффициентов связи ферритового резонатора с линиями передачи СВЧ

Расположение резонатора 8 линии передачи

У

.у

Коэффициенты с5язи

где Уф-оЪьем ферритобого резонатора,

- магнитная восярииичидошь при резонансе; Af-длина Волны б линии передачи,

А=Щ ~ нодыечисло

где

Zg-myT,

г^-Волноке тротибление линии передачи

При ygj

При уЛ

к

Л l2

знаком невзаимности связанной системы. Эта невзаимность наиболее эффективна при размещении резонатора в области круговой поляризации СВЧ магнитного поля, где /Ci = 0, а К2 имеет максимальное значение (рис. 50). Подставляя выражения для коэффициентов связи в соответствующие общие формулы для характеристик линии передачи с резонатором, нетрудно рассчитать эти характеристики в каждом конкретном случае.

При включении ферритового резонатора как элемента связи двух прямоугольных волноводов и приложении поля подмагни-чивания вдоль оси у коэффициент связи также может быть рассчитан согласно соотношениям, приведенным в табл 5. С учетом

того, что в плоскости короткого замыкания /iz=0, коэффициент связи ферритового резонатора с одинаковыми входным и выходным волноводами равен

(4.32)

аЬ\ а

Используя это соотношение, нетрудно рассчитать характеристики линий передачи с резонатором.

Рис. 50. Зависимости коэффициентов связи ферритового резонатора с прямоугольным волноводом от перемещения резонатора в волноводе. Параметры системы: аф = 1,9 м/, Хр =1430, а=23 ми, 6=10 мм, /=9,22 Ггц.

1.2 08

0.8 fla

Наиболее эффективная передача электромагнитной энергии в выходной волновод наблюдается при размещении резонатора по центру волновода (рис. 51). При сильной связи резонатора с

0.6 0.4

0.2 О

0.6 0.4

08 hli

01 03 0.6

Рис. 51. Зависимость коэффициента прохождения при резонансе от координаты расположения резонатора, включенного как элемент связи линий передачи. Параметры системы: иф = = 2лл Хр =2460, а=23л .и, Ь = \Омм, f=9 Ггц.

Рис. 52. Зависимости коэффициентов прохождения и отражения при резонансе от степени взаимной связи (Ki = K2=0,5K) ферритового резонатора с входным и выходным прямоугольными волноводами.

волноводами имеет место почти полная передача энергии в выходной волновод, а отражение энергии мало (рис. 52). Соответствие расчета и эксперимента (рис. 51, 52) свидетельствует о справедливости принятых при анализе упрощающих предположений, касающихся прежде всего значения амплитуды поля в Центре отверстия связи и размеров отверстия связи, в котором

расположен резонатор. Экспериментальная зависимость коэффициента прохождения от размеров отверстия связи приведена на рис. 53, где штриховой линией показано расчетное значение коэффициента прохождения. Заметное отклонение экспериментальных и теоретических значений коэффициента прохождения сказывается при отношениях диаметра сферического ферритового резонатора к диаметру круглого отверстия связи, больших 0,3- 0,4. Дальнейшее уменьшение отверстия связи приводит к увеличению вносимых потерь и интенсивному возбуждению магнитостатических типов колебаний ферритового резонатора.

Рис. 53. Зависимость коэффициента прохождения при резонансе от размеров отверстия связи, в котором расположен ферритовый резонатор. Параметры системы; Vф=2 мм, Хр = =2460, л:о=И,5 мм, а=23 мм, Ь = = 10 мм, f=9 Ггц.

При включении ферритового резонатора как элемента связи и неоднородности в согласованных входном и выходном прямоугольных волноводах (рис. 47) [96] коэффициенты связи оезона-тора с волноводами определяются соотношениями: для схемы рис. 46, а

V а 2а а I

К

cos--f Sin-2-

2а

ДЛЯ схемы рис. 46, б

ДЛЯ схемы рис. 46, в

4 2 в

2а

COS-

к иг *р

4 2

I 2а j

В представляющем наибольший практический интерес случае расположения резонатора в области круговой поляризации СВЧ магнитного поля обоих волноводов коэффициенты связи равны

К,К, О, К, = К,== 0,5К = sin . (4.36)

Характеристики системы при этом определяются соотношениями (3.40).

Коаксиальная линия передачи

При включении ферритового резонатора как неоднородности ft согласованную коаксиальную линию с учетом только волны гипа ТЕМ коэффициенты связи определяются формулами, приведенными в табл. 5. Связь ферритового резонатора с коаксиальной линией зависит как от положения резонатора вдоль радиуса

425 50 5,75

725 Гд,т

(4.33)

(4.34)

(4.35)

Рис. 54. Зависимость коэффициента связи ферритового резонатора (иф = 1,1 мм, Хр =1100) с согласованной коаксиальной линией передачи (i?,=3,5 мм, R2 = 8 мм) от координат расположения резонатора в линии передачи.

ft (увеличиваясь по мере приближения к центральному проводнику), так и от амплитуды составляющей магнитного поля, которая перпендикулярна направлению поля подмагничивания. Эта составляющая поля равна нулю при ао = 0 и максимальна при перемещении резонатора вдоль радиуса при ао = 90° (рис. 54).

При включении резонатора как элемента связи двух коаксиальных линий и приложении поля вдоль оси у коэффициент связи также рассчитывается согласно соотношению, приведенному в табл. 5. Энергетические соотношения при этом не отличаются от рассмотренных выше для прямоугольного волновода.

Характеристики короткозамкнутой коаксиальной линии с ферритовым резонатором рассчитываются при помощи соотношения из табл. 5 и общих формул (3.33) -(3.35). Связь ферритового резонатора с короткозамкнутой коаксиальной линией увеличивается при приближении резонатора к внутреннему проводнику или к пучности СВЧ магнитного поля (рис. 55, а, б). Амплитуд-