Главная Бухгалтерия в кармане Учет расходов Экономия на кадровиках Налог на прибыль Как увеличить активы Основные средства
Главная ->  Ферритовые и диэлектрические резонаторы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 [ 24 ] 25 26 27 28 29

ки диафрагмы на резонансную частоту показывает, что при симметричном расположении резонатора относительно тонкой стенки диафрагмы изменение резонансной частоты энергии, вызванное влиянием размеров отверстия связи, несущественно (-~0,1%) при вариации размеров отверстия в значительных пределах, в том числе и при размерах отверстия связи, близ-

у

1

а

X 0 г


Ркс. 94. Диэлектрический резонатор, Рис. 95. Зависимость коэф-

включеиныи как элемент связи двух фициента прохождения при

прямоугольных волноводов. резонансе от ориентации

плоского диэлектрического резонатора в отверстии связи при а=23 мм, 6=10 мм, /=9,2 Ггц, D=3,8 мм, L= = 1,4 мм.

ких к размерам диэлектрического резонатора. Это объясняется слабым влиянием металлической диафрагмы на распределение поля основного вида колебаний плоского диэлектрического резонатора аналогично тому, как это имеет место, например, в случае подавления высших видов колебаний в диэлектрических резонаторах методом тонких проводов [37].

Рис. 96. Зависимость коэффициента прохождения при резонансе от перемещения диэлектрического резонатора относительно плоскости металлической перегородки в прямоугольном волноводе приа=23жл1 6=10 мм, /) = 3,8 мм, L=l,4 мм.


Используя приведенную методику расчета, нетрудно рассчитать связь диэлектрического резонатора с различными линиями передачи СВЧ подобно тому, как это сделано выше применительно к ферритовым резонаторам.

Глава пятая

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СВЧ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И УСТРОЙСТВ НА ОСНОВЕ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ РЕЗОНАТОРОВ

5. 1. ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ В ТЕХНИКЕ СВЧ

На основе твердотельных резонаторов можно построить большинство СВЧ-устройств, которые обычно создаются с использованием полых металлических резонаторов, например, таких устройств, как частотные фильтры и дискриминаторы. Наряду с этим использование твердотельных резонаторов открывает новые возможности при решении таких задач техники СВЧ, которые ранее принципиально или практически были неразрешимы с помощью полых резонаторов.

Применение твердотельных резонаторов, имеющих исключительно малые размеры, позволяет внести существенный вклад в решение проблемы миниатюризации устройств СВЧ. В сравнении с устройствами на основе объемных резонаторов особенно заметен выигрыш в уменьшении габаритов устройств в случае использования диэлектрических резонаторов. При использовании ферритовых резонаторов, несмотря на их исключительно малые размеры, не всегда удается получить выигрыш в уменьшении габаритов устройства, которые, как правило, определяются не размерами ферритового резонатора, а размерами магнитной системы, создающей поле подмагничивания, необходимое для работы резонатора. Причем, если с увеличением частоты размеры объемных металлических и диэлектрических резонаторов уменьшаются и соответственно уменьшаются габариты устройства на их основе, то для работы ферритовых резонаторов на более высоких частотах требуется более сильное магнитное поле, что приводит к увеличению размеров и веса магнитной системы и к увеличению габаритов устройства в целом. Однако при необходимости электрической перестройки резонансной частоты в больших пределах ферритовые резонаторы оказываются вне конкуренции. Широкие возможности открывает также использование невзаимных свойств ферритовых резонаторов. Использование их позволяет создавать устройства, одновременно выполняющие функции фильтра и вентиля, фильтра и циркулятора и другие устройства с комбинированными функциями. Имеется ряд устройств, которые могут быть созданы только на основе ферритовых резонаторов. В первую очередь это относится к устройствам, использующим нелинейные свойства ферритовых резонаторов.



Сравнительная оценка ферритовых и диэлектрических резонаторов показывает, что в устройствах, работающих на фиксиоо-ванных частотах, предпочтительнее использовать диэлектрические резонаторы. В этом случае габариты устройства будут минимальными. Применение диэлектрических резонаторов особенно эффективно для создания резонансных цепей СВЧ интегральных

Тбердршепьные СВЧ -резинитры

Линейные

С упрабтемыми параметрами

епинеиные

параметроо сигнала

Лицейная оЬраЬотт шнапо5

Раратшриес кия р^раЪот-т сишг.об

Урпштн-ля сагнопоЗ

Рис. 97. К-;ассиф11кацня возможных применений твердотельных резонаторов в технике СВЧ.

схем. При предъявлении жестких требований к те.мпературнон стабильности параметров резонатора преи.мущества могут оказаться на стороне металлических резонаторов, по крайней мере при современном состоянии технологии производства диэлектриков.

Если условия работы устройства требуют быстрой электрической перестройки частоты, то предпочтительнее использовать ферритовые резонаторы. Пробле2ма выбора вообще отпадает, если требуются резонаторы с невзаимнымп пли нелинейными свойствами, так как из сравниваемых резонаторов этими-свойствами обладают только ферритовые, хотя в будущем могут применяться нелинейные диэлектрические резонаторы и невзаимные полупроводниковые намагниченные резонаторы.

На рис. 97 представлена схема классификации твердотельных резонаторов по режимам работы и по выполняемым функциям; перечислены также устройства, в которых резонаторы выполняют те или иные функции. Заметим, что перечень этот нельзя считать полным; со временем он постоянно увеличивается.

В большинстве устройств используются диэлектрические и ферритовые (как взаимные, так и невзаимные) резонаторы в линейном режиме работы. К классу линейных отнесены также

резонаторы, параметры которых во время работы можно регулировать. В первую очередь сюда относятся ферритовые резонаторы, у которых резонансная частота определяется напряженностью поля подмагничивания.

Одна из основных функций линейных резонаторов - линейная обработка сигналов, которую выполняют различные фильтры, а также устройства для регулирования амплитуды, фазы и плоскости поляризации волны в линии передачи. Линейные резонаторы также применяются в устройствах для преобразования параметров СВЧ-сигнала в величины, удобные для измерения. В частности, повышение температуры резонатора из-за нагрева поглощенной мощностью используют для измерения среднего значения мощности сигнала, хотя в большинстве случаев нагрев резонаторов поглощенной мощностью является нежелательным.

Параметрическая обработка сигналов выполняется резонаторами с управляемыми параметрами. Реализуется эта функция в устройствах, осуществляющих изменение во времени (модуляцию) амплитуды или фазы сигнала, вращение плоскости поляризации волны.

Резонаторы, параметры которых зависят от амплитуды СВЧ-сигнала (нелинейные резонаторы) выполняют функции нелинейной обработки сигнала и преобразования спектра. Практическое применение находят нелинейные ферритовые резонаторы. Безынерционные нелинейные явления в ферритовом резонаторе могут быть отнесены к двум различным группам: первая группа явлений, связанных с нелинейностью уравнения движения вектора намагниченности, принципиально существует при любых амплитудах магнитного поля СВЧ; однако заметное значение они имеют только при достаточно больших амплитудах поля. Эта группа нелинейных явлений характеризуется изменением магнитной восприимчивости ферритового резонатора вдоль направления поля подмагничивания (продольной восприимчивости) под воздействием поперечного поля СВЧ. Использование этих нелинейных явлений позволяет создать детекторы, смесители, удвоители частоты и другие устройства [122-125].

Вторая группа безынерционных нелинейных эффектов характеризуется зависимостью магнитной восприимчивости от амплитуды СВЧ магнитного поля при запороговых уровнях мощности. При этом резонаторы выполняют функцию нелинейной обработки сигналов и используются для создания ограничителей мощности и датчиков фиксированного уровня мощности (фиксаторов уровня мощности СВЧ).

В данной главе кратко рассмотрены принципы построения некоторых СВЧ функциональных элементов и устройств на основе твердотельных резонаторов.



5. 2. ДАТЧИКИ УРОВНЯ МОЩНОСТИ СВЧ

Применение твердотельных резонаторов в технике измерений и контроля представляет интерес в связи с задачами частотно-избирательного измерения параметров сигналов СВЧ. Особый интерес представляет частотно-избирательное измерение мощности, т. е. измерение мощности одного или каждого из нескольких различающихся по частоте сигналов, поступающих на вход измерительного устройства одновременно. Проблема приобретает все большее значение в связи с необходимостью измерения мощности побочных излучений генераторов СВЧ [126].

Определенным вкладом в решение задачи частотно-избирательного измерения мощности СВЧ явилось создание измерителей на основе перестраиваемых ферритовых резонаторов. В частности, были предложены измерители, определяющие среднее значение мощности СВЧ-сигнала по приращению температуры ферритового резонатора, настроенного в резонанс с частотой измеряемого сигнала и нагреваемого поглощенной мощностью [127-130]. Примерами практических конструкций частотно-избирательных датчиков среднего значения мощности СВЧ могут быть измерительная волноводная головка [130, 131] и коаксиальная головка [132], преимуществами которой являются широ-кополосность и компактность.

Измерительная коаксиальная головка

Основным элементом коаксиальной измерительной головки (рис. 98) является отрезок коаксиальной линии в котором расположена диэлектрическая пластина 3. Сферический ферритовый резонатор 2 расположен в области круговой (или почти круговой) поляризации СВЧ магнитного поля. Резонатор закреплен на полистироловом держателе 9, который введен внутрь отрезка коаксиальной линии через отверстие во внешнем проводнике 10 коаксиальной линии. Поле подмагничивания создается магнитной системой 8.

Ферритовый резонатор расположен в области круговой поляризации СВЧ магнитного поля, что целесообразно по двум причинам: во-первых, с целью устранения резонансного отражения энергии от ферритового резонатора и, во-вторых, для обеспечения возможности полного поглощения мощности СВЧ ферритовым резонатором при связи, равной критической {К=1).

На выходе отрезка коаксиала с ферритовым резонатором может быть включен согласованный развязывающий аттенюатор 7 (например, в виде коаксиальной линии с размещенной в ней поглощающей пластиной 4). Аттенюатор предназначен для уменьшения отражений от оконечного индикатора, в качестве которого в простейшем случае может быть использована детекторная камера с индикатором тока детектора. Гораздо более

совершенным оконечным индикатором является резонансный волномер или приемник (желательно панорамный волномер или приемник), который настраивают на частоту измеряемого сигнала, и при этом другие сигналы не оказывают влияния на показания индикатора.


Рис. 98. Схематическое изображение измерительной коаксиальной головки.


У

Рис. 99. Система термоиндикации измерительной головки с ферритовым резонатором.

Мерой мощности, поглощенной ферритовым резонатором, является приращение температуры резонатора, измеренное при помощи термопар. Конструкция держателя с вмонтированными в него термопарами показана на рис. 99. Система термоиндикации включает две термопары, одна из которых / находится в тепловом контакте с резонатором и является рабочей, а вторая 2 - опорной (термокомпенсирующей). Выводы термопар припаиваются к контактам, укрепленным на держателе.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 [ 24 ] 25 26 27 28 29

© 2024 Constanta-Kazan.ru
Тел: 8(843)265-47-53, 8(843)265-47-52, Факс: 8(843)211-02-95