Устройство для измерения характеристик электромагнитного поля открытого резонатора

СОЮЗ СОВЕТСНИХСЙИОЮПНЕПРЮРЕСПУБЛИН 119 1 И) МЮ аОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1:;:Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ(71) Ордена Трудового Красного Знамени институт радиофизики и электроники АН Украинской ССР(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГОПОЛЯ ОТКРЫТОГО РЕЗОНАТОРА поавт.св. Р 710006, .о т л и ч а ющ е е с я . тем, что, с целью повышения точности при измерении характеристик электромагнитного поля в любом его сечении, перпендикулярном оси открытого резонатора, введен одномодовый диэлектрический вол- новодвыполненный в виде пластины из однородного изотропного материала, которая установлена перпендикулярно оси открытого резонатора и соединена с первым и вторым из" лучателями, пробный зонд размещен внутри указанной пластины в точке пересечения, электрический осей первого и второго излучателей, а также введен механизм сканирования открытого резонатора в плоскостях, параллельных плоскости пластины, при этом размеры пластины не менее чем ЕФ идва раза превышает зону сканирования открытого резонатора.10 Изобретение относится к технике измерений в диапазоне миллиметровых и субмиллиметровых длин волн и может использоваться для исследования полей в резонансных ячейках вакуумных и твердотелых генераторов, радиоспектрометрах, а также для изуче ния электромагнитных и магнитно-физических свойств материалов и вериг ществ резонансными методами.По основному авт,св, М 710006 известно устройство для измерения характеристик электромагнитного поля открытого резонатора, содержащее источник СВЧ колебаний, связанные с ним открытый резонатор и два 15 опорных канала с первым и вторым излучателями, пробный зонд, помещенный в поле открытого резонатора, фазовый модулятор, включенный в цепь запитки открытого резонатора, разделитель поляризации, подключенный к выходу открытого резонатора, два детектора, выходы которых подключены к соответствующим плечам разделителя поляризации, а выходы - через идентичные резонансные усилители к двухкоординатному регистратору 1 .Однако известное устройство не позволяет измерять с высокой точностью характеристики электромагнитного поля открытого резонатора в любом его сечении; расположенном перпендикулярно оси открытого резонатора.Цель изобретения - повышение точности при измерении характеристик электромагнитного поля в,любом его сечении, перпендикулярном оси открытого резонатора.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения характеристик электромагнитного по ля открытого резонатора, содержащее пробный зонд, установленный в исследуемом открытом резонаторе, СВЧ генератор, подключенный к первому излучателю, и первый детектор, соединенный через первый резОнансный усилитель с регистратором, а также второй излучатель, подключенный к СВЧ генератору, фазовый модулятор, включенный- между выходом СВЧ генератора и входом 50 открытого резонатора, разделитель поляризации, вход которого соединен с выходом открытого резонатора, к од" ному из его выходов подключен первый детектор, а между другим его выходом и вторым входом регистратора введены последовательно соединенные второй детектор и второй резонансный усилитель, введен одномодовый диэлектрический волновод, выполненный в виде пластины из однородного изо-. тропного материала, которая установлена перпендикулярно оси открытого резонатора,и соединена с первым и вторым излучателями, пробный зонд размещен внутри указанной пластины 65 в точке пересечения электрических осей первого и второго излучателей, а также введен механизм сканирования открытого резонатора в плоскостях, параллельных плоскости пластины, при этом размеры пластины не менее чем в два раза превиаают зону сканирования открытого резонатора.На чертеже приведена конструкция устройства для измерения характеристик электромагнитного поля открытого резонатора.Устройство для измерения характеристик электромагнитного поля открыто го резонатора содержит СВЧ генератор 1, пробный зонд 2, установленный внутри одномодового диэлектрического волновода, выполненного в виде пластины 3 изоднородного изотропного материала, первый и второй излучатели 4 и 5, фазовый модулятор 6 направленный ответвитель 7, двойной волноводный тройник 8, первый и второй детекторы 9 и 10, первый и второй резонансные усилители. 11 и 12, регист ратор 13, а также механизм 14 сканиро. вания открытого резонатора 15.Устройство для измерения характеристик электромагнитного поля открытого резонатора работает следующим образом.Сигнал с выхода СВЧ генератора 1 через направленный ответвитель 7, фазовый модулятор б и элемент связи одного иэ зеркал открытого резонатора 15 поступает в исследуемый объем открытого резонатора 15, с помощью ,механизма 14 сканирования открытый резонатор 15 настраивается на любой из типов колебаний, представляющий практический интерес для исследователя с точки зрения пространственной структуры электромагнитного поля, величины потерь и др. Другая часть сигнала СВЧ генератора 1 через двойной волноводный тройник 8 поступает к первому и второму излучателям 4 и 5 и возбуждает в одномодовом диэлектрическом волноводе, помещенном в область анализа, две, распро". страняющиеся ортогонально друг другу, основные кросс-поляризованные моды Н-типа. В области нарушения регулярности одномодового диэлектрического волновода - в точке положения пробного зонда 2, происходитпреобразование волноводных волнв волны излучения.Таким образом, в объеме открытого резонатора 15 одновременно присутствуют два элемента возбуждения элемент связи на одном из зеркал открытого резонатора 15 ипробный зонд 2 изотропный к поляризации электромагнитного поля), причем при выполнении резонансных условиь оба возбудителя возбуждают один1062619 Тираж 710 Подписное филиал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектная,4 и тот же тип колебания, соответствующий данной геометрии открытого резонатора 15. При этом вектор элект рического поля, везбуждающего открытый резонатор 15 через элемент связи одного из зеркал, ориентирован под углом 45 О относительно векторов электрических полей волновод- . ных кросс-поляризованных волн Н-типа распространяющихся в одномодовом диэлектрическом волноводе, в плоскости анализа. Вывод СВЧ энергии из объема открытого резонатора 15 осуществляется посредством изотропного к поляризации электромагнитного поля элемента связи на другом зеркале открытого резонатора 15.В результате, при наличии в открытом резонаторе 15 двух источников возбуждения, сигнал на выходе. открытого резонатора 15 является функцией разности фаз излучаемых полей . Так, как возбужденное в открытом резонаторе 15 электромагнитное поле через элемент связи модулировано по фазе с помощью фазового модулятора 6, работающего на эффекте Доплера, то на выходе первого и второго детекторов 9 и 10, подключенных своими входали к двум плечам разделителя 16 поляризации, выделяются сигналы поомчастоты с частотой фазовой модуляции, которая устанавливается в интервале от 80 Гц. до 200 Гц. Поля обеих кросс-поляризованных мод, распространяющихся в диэлектрическом волноводе, устанавливаются синфазными и равными по амплитуде с помощью калиброванных фазоврашателей и аттенюаторов в опорных каналах.Таким образом, на первом и втором детекторах 9 и 10, выбираемых с близкими по величине коэффициентамипотерь преобразования, выделяются сигналы промчастоты, амплитуды которых пропорциональны амплитудам соОтветствующих компонент вектора . электрического поля исследуемого открытого резонатора 15, а разность фаэ лежду ними равна разности фаз между. этими компонентами в точке положения пробного зонда 2,Сигналы на данной промчастоте через идентичные резонансные усилители 11 и 12 поступают на регист ратор 13, например, отклоняющие пластины электроннолучевой трубки осциллографа. При этом наблюдаемая фигура Лиссажу представляет собой поляризационный эллипс, характериВНИИПИ Заказ 10212/46 зующий состояние поляризации поля открытого резонатора 15 в точке положения пробного зонда 2, конструктивное положение которого в од. номодовом диэлектрическом волново де с б 1 увеличивает разрешающую способнбсть устройства. Достигнутьэтого позволяет то, что плотностьпотока электромагнитной энергииубывает.при удалении от поверхности10 одномодового диэлектрического волновода по экспоненциальному законуи является функцией Е материала, иэкоторого изготовлен одномодовыйдиэлектрический волновод, толщины15 последнего и рабочей длины волны.При этом основные требования,предъявляемые к одномодовому диэлектрическому волноводу, заключают.ся в обеспечении однородности потолщине и величине и изотропностиматериала,.из которого он изготовлен, а также одномодовости с цельюпредотвращения воэможности возникновения волноводных волн высшего по 25 рядка с ортогональной поляризациейвектсров электрических полей. Последнее требование одномодовостидиэлектрического волновода устанавливает определенную взаимосвязьмежду рабочей длиной волны, диэлектрической проницаемостью одномодового диэлектрического волновода иего толщиной. Кроме того, для обеспечения положительного эффекта геолетрические размеры плоского диэлектРического волновода должны не зеленеечем в два раза превышать зону сканирования открытого резонатора 15.Соответствующим выбором параметров одномодового диэлектрического40 волновода и рабочей длины волны достигается возможность проведенияизмерений характеристик резонансного поля в любом его координатномсечении, перпендикулярном оси откры 45 того резонатора,Предлагаемое устройство исключаетпогрешности от перерассеяния на зер"- калах открытого резонатора 15 опорных электромагнитных полей, что обес 50 печивает возможность измерения полного набора характеристик исследуемого резонансного поля открытыхэлектродинамических структур коротковолновой области миллиметровых и55 субмиллиметровых диапазонов длинволн в заданной точке любого поперечного сечения резонансноговолнового пучка. Устройство обеспечивает также высокую чувствительность и Разрешение.