Свч-измерительная ячейка

( 91 (11 51)5 6 ОБРЕТЕНИ ОПИСА АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано в двухчастотной СВЧ-измерительной ячейке для измерения параметров диэлектриков, Целью изобретения является повышение точности измерения в диапазоне двух кратных частот. Эта цель достигается частичным совмещением цилиндрического объемного резонатора и резонатора Фабри-Перо. Это обеспечивает независимую перестройку частоты резонаторов и установку требуемой частотной дисперсии частично совмещенного резонатора в широком диапазоне частот, что приводит к повышению точности измерений параметров диэлектриков в диапазоне двух кратных частот, 2 ил.-исследоваических и Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться в установках для исследования параметров диэлектриков.Известна измеритещая в установку для изческих параметров гдиапазоне 9 и 36 ГГц.Выбор точной кратности частот обьясняется тем обстоятельством, что в этом случае достигается наибольшая точность измерений.Указанная измерительная ячейка содержит двухмодовый резонатор Фабри-Перо, в котором возбуждается тип колебаний ТЕМо 0 я (ц = 6) на нижней частоте (9 ГГц) и тип колебаний ТЕМвя (ц = 27) на верхнейчастоте (36 ГГц),Установлено, что при увеличении кратности частот (п 4) собственная частотная дисперсия двухмодового резонатора увеличивается до 50-100 МГц, а также возрастает количество высших типов колебаний, При п = 4 с учетом снятия поляризационного вырождения имеется четыре высших типа колебаний, а при и = 6 это количество возрастает до шести и т.д, Эти обстоятельства усложняют селекцию необходимого типа колебаний. Следует отметить, что достаточно большие размеры двухмодового резонатора;диаметр 200 и высота 200 мм) усложняют термостати рован ие измерительной ячейки,Наиболее близкой к предлагаемому является ячейка, отличительной особенностью которой является полное совмещение цилиндрического закрытого СВЧ-резонатора и резонатора Фабри-Перо, При этом СВЧ-измерительная ячейка на нижней частоте возбуждается как цилиндрический закрытый СВЧ-резонатор, а на верхней частоте - как резонатор Фабри-Перо.Основным недостатком указанной СВЧ- измерительной ячейки является значительГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМГ 1 РИ ГКНТ СССР 702263 А 1По аналогии с выражением (4) можнополучить из выражения 1),-1Втогда, полагая, что ЛТ - изменение температуры резонатора иЛЕ=Е аь Т,и АР=Я аь ЛТ,то пслучлм следующее выражение;А 1 н = а ЛТ,:,7откуда следует, что О,"- =-с.ь,Для колебания ТЕЫоя В первом приближении можно положить поскольку первое слагаемое В правой части вяражения(5)значительно превосходит Ртсрсе):ЬБ.1 з аь Л , (8)Отсюда следует в соответствли с выражением (3), что температурньй коэффициент собственной частотной дисперсиидвухмодового резонатора совпадает по величине с аь, а изменение Величины Л,приходящееся на 1 О, пропорционально самой величине Л 1.Очевидно, что при больших значенияхсобственной частотной дисперсии точностьизмерений уменьшается из-за возрастаю.щего влияния фл отуаций температуры измерительной ячейкл,Таким образом, большие значения собственнсл частотнсл дисперсии двухмодового резонатора, присущие рассматриваемойконструкции, приводят к увеличению погрешности измерения как из-за усложненияработы соответствующего СВЧ-смесителя,так и из-за возрастающего влияния нестабильности температуры измерительнойячейки.Цель изобретения - повышение точности измерения в диапазоне двух кратныхчастот,Указанная цель достигается тем, что вСВ+измерительную ячейку, содеркащуюцилиндрический корпус, первую торцовуюстенку, имеющую сферическую поверхность, вторую торцовую стенку, имеющуюсферическую поверхность, первьй и второйэлементы связи, третий и четвертый элементы связи, дополнительно введена перемещающаяся третья торцовая стенка,выполненная в форме кольца, расположенная внутри цилиндрического корпуса, образующая вместе с ним и первой торцовойстенкой цилиндрический резонатор, длявозбуждения которого служат первый и второй элементы связи.В предлагаемой измерительной ячейкев отличие от прототипа вводится кольцевая торцовая стенка, обеспечивающая часгичнсе ссвмещзие цилиндричесОГО ОбъемноГО резонатора и резо атоса Фабри- ерс.л 1 эвестнс ьспопьзсвоние цилиндриче 5 ских объемных резонаторов с вьсшими типаь колебаний, в частное.:рилененлеМ-тисв с большими азимутальными и ще- сами,.чтО Обстсятдл стВО лсгсльзУется Дляполученив продуваемьх ссесимметричныхрезонаторов с фксируюшей ступенькой. ВпреЛВГаемсм устрсистве использОРание Вциллндпичесок резонаторе Н-типов сбг.льГ им 1 азилутальными инДексами при 15 Р-,Гит полсжительломэффекту - повьшен ИО ОЧНО 1 МдРЕНЯ В ДИВПВЗОНЕ ДВУХкратных частот.Ьа , иг.1 схематически показан резснатос; на фиг,2 - графиазимутальной кэмпо 20 нен- ы электрического поля,В цилиндрическом обьемнсм резонаторе 1 зь ерительной ячейки используется высший тип колебаний НЛ 1 Р (в частности и = 5,р -- 1)1, а в резонаторе Фабри-Перо - основ 2ной п и Олебаний ТЕЫ,оч В частности О =35), Высший тип колебаний Нп 1 р характеризуется тем, что электромагнитное поле внутри сезонатора концентрирует:я наперив ерии цилиндра, а в центсальнай обла 30 сти - весьГ а слабое, Азимутальная компонента электрического поля фиг.2)псапооцлональна функции ./ (х Ал), зави 1симссть которой от нормированного радиу 35Яса (х = - ) для и =- 0-6, причем А 21 = 3,054; Аз= л,201; А 41 = 5,318, А 51 = о,416; АВ 1 = 7,501.Очевидно, что без заметного влияния надобостность резонатора с типом колебаний,например Н 51, в центре одной из его тор 40 цовых стенок можно изотовить отверстие сдиаетром, равным В.Резонатор содержит цилиндричесийкорпус 1, перзус торцову о стену 2, вторуюторцову,о стенку 3, первый и второй элемен 45 ты 4 и 5 связи, третий и четверть:й элементыб и 7 связи, третью тсрцовуо стенку 8. первую крышку 9, вторую крышку 10,Таким образом, цилиндрический объемный резонатор образосан цилиндрическим50 короусом 1, первой торцовой стенкой 2 итретьей торцовой стенкой 8, РезонаторФабри-Перо образован первой торцовойстенкой 2 и Второй торцовой стенкой 3.Перестройка резонатора Фабри-Перо55 ссуцествляется перемещением первой торцовой стенки, а перестройка цилиндрического обьемнога резонатора - перемещениемтретьей торцовой стенки. Таким образом, влюбой точке частотного диапазона в частицно совмещенном резонаторе можно устано 1702263вить требуемую величину частоной дисперсии,Более того, выбором величины Й, Е, Ь, г 1 можно добиться того, что частотная дисперсия такого резонатора будет практически постоянна в широком диапазоне перестройки частоты резонатооа, В самом деле достаточно положитьд о б нГР) и учитывая, что второе слагаемое в правой часи выражения (5) существеннов 100 раз) меньше, чем первое слагаемое, то получим( Р Л 2 +,г А и гл 2г /тогДа при условии тВ =- птн (условие точнОйкратности) получим( ) При Я = 50 мм и Е= 22,3 мм; Ь =9 ГГц (тип колебания Н 511), получим с 3 =49 мм. Для параметра Ь = 60 мм (1 в = 54 Г ц) и радиуса апертуры зеркала а = 25 мм получим числоаФре 1 еля йЧ = г) для Л:= 5 мм (й - длинадьволны), М = 2,12,Полученное значение числа Френеля Обеспечивает приемлемые Дифракционнь,е потери в резонаторе Фабри-Перо ( л.10"1,Нагруженные добротности частично совмещенного резонатора составляют не менее 10 на нижней частоте 1 н и не менее 2 10 - на верхней частоте тц..гПриведенные раэмеоы частично совмещенного резонатора обеспечива 1 от возможность перестройки частоты с помощью одного элемента - первой торцовой стенки.Экспериментальная проверка проводилась с помощью цилиндрического Оезонатора с размерами В = 28 мм и= 49,7 мм, отверстие в первой горцовой стенке имеет диаметр 30 мм. Резонансная частоа цилиндрического резонатора 12 ГГц, тип колебаний Н 511, нагруженная Добротность составляет 8000. Резонатор Фабри-Перо, частично совмещенный с цилиндрическим резонатором, имеет размеры, мм: а = 25; Ь 75; б =- 61, резонансная частота составляет 60 ГГц, нагруженная добротность(1-1,5)10, й = 2,05, тип колебаний - ТЕМооц (ц = 24).5 Таким образом, предлагаемая ячейкахарактеризуется повышением точности измерения частотной дисперсии частично совмещенного резонатора за счет независимой перестройки частоты цилинд рического резонатора и резонатора ФабоиПеро, повышением точности измерения частотной дисперсии частично совмещеннсго резонатора за счет уменьшения влияния нестабильности температуры, Кроме 15 того. предлагаемая ячейка характериэуегсядостижением точной кратности резонансных частот частично совмещенного резонатора в широком диапазоне частот;утем Определенного выбора размеров резонато ра, а также обеспечением равной точностиизмерений в 1 широком диапазоне частот,Формула изобретения25 СВЧ-измерительная ячейка, содержащая цилиндрический корпус, первую торцовуа стенку, имеющую сферическую поверхность, которая расположена с одной стороны цилиндричег ого корпуса иерпен дикулярно к его оси и становлена с возможностью гродольного перемещений относительно него, вторую тсрцовую стенку имегощую сферическуО поверхность оа"положенную с другой стороны цилинд ри вского ксрпуса коаксиально с. первойторцовой стенкой, первый и второй элемен-ы лязи, размещенные в цилиндрическом корпусе, третий и четвертый элементь свяэ;., размещенные в центральной части ьто рой торцовой стенки для возбужденияогкоытого резонатора. образованного первой и второй торцовыми стенками, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности измерения в диапазоне двух 45 кратных частот, введена третья торцоваястенка, выполненная в форме кольца, расположенная с возможностью перемещения внутри цилиндрического корпуса, образующая вместе с ним и первой торцовой стен кой цилиндрический резонатор, для".Озбуждения которого служаг первый и вторсй элементы связи,Составитель Е,Мецнередактор Ю.Середа Техред М.Моргентал Коррект ле Заказ 4538 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 10