Открытый резонатор

СО 1 ОЗ СОВЕТСКИХсОциАлистичЕскихРЕСПУБЛИК С 51) 5 Н 01Ыг."ВМ1"7 1 ъ я Ф у, . /гф/2 УР ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) Безбородов Ю, М, и др. Фильтры СВЧна диэлектрических резонаторах. Киев; Техника, 1989, с. 91,Нефедов Е, И. Открытые коаксиальныерезонансные структуры, М Наука, 1982, с, 12,(57) Изобретение относится к технике СВЧи может быть использовано в качестве частотно-избирательных цепей тракта, Цельизобретения - обеспечение пространственного разделения двух близких по частотерабочих видов колебаний. Открытый резонатор содержит отрезок диэлектрическоговолновода; размещенный между двумя металлическими зеркалами (МЗ), снабженными по крайней мере, одним элементомсвязи, Между метаЛлическими зеркалами Изобретение относится к технике СВЧ, а именно к резонансным устройствам, и может найти применение в системах связи, радиолокации, устройствах неразрушающего контроля материалов, а также в других областях, где используются средства передачи, приема и обработки информации в миллиметровом и субмиллиметровом (мм и субмм) диапазонах длин волн.Целью настоящего изобретения является обеспечение пространственного разделения двух соседних по частоте рабочих видов колебаний.Поставленная цель достигается тем, что в известный открытый резонатор, содержа 5 ЛЛ 1807538 А 1 введен второй идентичный отрезок диэлектрического волновода и дополнительные элементы связи, размещенные на МЗ, Первый и второй ОДВ выполнены плоскими и установлены под углом р один над другим, а их оси лежат в одной плоскости, Толщина О этих ОДВ и расстояние б, между ними в середине между МЗ выбраны из условий, связывающих параметры геометрии (б, бс, ф и параметры диэлектрических материалов со средней длиной волны и резонансными частотами двух близких по частоте рабочих видов коле баний, Благодаря введению второго ОДВ и его размещению, а также выполнению, ограничительных условий достигается нерегулярность связи ОДВ, благодаря чему обеспечивается пространственное разделение двух близких по резонансным частотам рабочих видов колебаний и воэможность раздельной регулировки их внешних связей на МЗ,1 ил,щии отрезок диэлектрического волновода, размещенный между двумя металлическими зеркалами, снабженный по крайней мере одним элементом связи, введен второй идентичный отрезок диэлектрического волновода, при этом первый и второй отрезки диэлектрического волновода выполнены планарно и установлены один над другим под углом р, причем их продольные оси лежат в одной плоскости, а толщина б отрезков диэлектрического волновода и расстояние д между ними в середине между металлическими зеркалами выбраны из.условий(3) с 1 1,/2 й 1 ГЬ кп - кпп 9 1 т кп - к,п б - т 4 кп - кпфд"кГ тчР, - кп ГтъР, - кп цГ lтткГ - кпп д) - т к, " кГГ Элемент связи, например, в виде пря 2 агс 1Сйс моу гол ь ного отверстия 7 вы пол не н симметрично относительно оси симметрии Всистемы при р= О, Элементы связи, напри 2 л К 2 я мер, в виде прямоугольных отверстий связи/ пКгде Яр = 2 с/(1 + 12), К 0 =.у;, Кл ; 9 и 10.выполнены в зеркале 4 симметричнос - скорость света в вакууме, Ар - сред- осям 5 и б отрезков волновода 1 и 2, няя резонансная длина волны рабочих ви- Предлагаемый открытый резонатор радов колебаний с частотами 1 и 1 ъ 1 - длина 55 ботает следующим образом. В него через отрезков диэлектрического волновода 1 и 2, отверстие связи 7 подается высокочастотГп и к - показатель преломления и диэлекный сигнал, включающий соседние частоты трическая проницаемость их материала со 1 и 12. При выбранных толщине б отрезковдиэлектрического волновода 1 и 2, рассто; - ответственно.нии дс между ними в середине между -.ркагде Яр =2 с/(11 +12), К 0 =-Кю -- - ,2 гт 2,7 тй 10 с - скорость света в вакууме, Ар - средняя резонансная длина волны рабочих ви-дов колебаний с частотами 11 и 12, 1 - длинаотрезков диэлектрического волновода, Гп ие - показатель преломления и диэлектрическая проницаемость их материала соответственно,По анализу патентной и научно-технической литературы авторам неизвестны работы,в которых описывается или используется открытый резонатор с двумя идентичными планарными отрезками диэлектрическоговолновода, установленными под углом друг к 25другу между металлическими зеркалами, который обеспечивает пространственное разделение двух соседних по частоте рабочихвидов колебаний. Неизвестны также теоретические и экспериментальные работы по пространственно-частотному расщеплениюполей в таком резонаторе.Положительный эффект в предлагаемомизобретении достигается за счет того, чтопри выбранных размерах отрезков волновода и их взаимного положения согласно выражений (1) - (3) в такой системе происходитвзаимодействие четных и нечетных ее колебаний с разными продольными индексами ии п, которые вырождены по частоте при 40р= О. Условие (1) определяет одномодовость отрезков в диэлектрическом вол новоде в поперечном сечении, что в совокупности с другими признаками работает на достижение положительного эффекта, Выражение для Ос (2), р, Ко, Ко определяют точки совпадения частот и-го четного и (л - 1)-го нечетного колебаний предлагаемого резонатора, Введение угла р между отрезками волноводов приводит к их резонансной перестройке. Образуются два рабочих вида колебаний с близкими частотами 11 и 12, поле которых не связаны и пространственно разделены на металлических зеркалах, что невозможно в прототипе, Это обнаружено авторами впервые, Предел изменения рсогласно(3) соответствует крайнему положению наклона одного отрезка вол новода к другому, т,е. это условие следует из самой конструкции резонатора, Изменение угла р согласно (3) регулирует разнос между 1 и 12.На чертеже схематическое изображение предлагаемого резонатора.Предлагаемый открытый резонатор содержит первый 1 и второй 2 идентичные отрезки планарного диэлектрического волновода, металлические зеркала 3 и 4. Отрезки диэлектрического волновода 1 и 2 установлены один над другим под углоМ Гр, причем их продольные оси 5 и б лежат в одной плоскости, Толщина б отрезков диэлектрического волновода 1 и 2 и расстояние Г 1 с межДУ ними в сеРеДине межДУ металлическими зеркалами выбраны из условий:1 Щ 7538 х (Кдб) + Кд) = 0( и) Е - "-к. условие (2) для опреде еоднородности в струк тию этого вырождения ьэуя интегральное урав иэ системы уравнени( и соответствующее ления б. Влияние н туре приводит к сня Покажем это, испол нение, получаемое Максвелла Й. - лебаости. при наличи частота и по ний струку Поля Е иНх колеба неоднородня одного из сы в отсутствиредставим вий: сти, в и Еп бственных ко и неоднород иде суперпо 40 этималои Вляютс ействи олеба сами неоднор я слагаем е вырожд ний со см п и (п),Здесь Ье - неодв и 7, 1- - частота родность в структуре, напряженность полей лами 3 и 4 и угле у, под которым установлены отрезки 1 и 2, в нем возбуждаются колебания с частотами 11 и 12. Эти колебания являются результатом взаимодействия двух вырожденных при р = О колебаний на частоте 1 р = - = =(11 + т 2)/2: четного и нечетногосколебаний системы двух отрезков волновода 1 и 2 и имеющих разные продольные индексы и и (и - 1), где и - число полуволн в системе вдоль. Каждое из колебаний с частотами 11 и 12 можно представить как пространственное биение волн, образующих вырожденное колебание. Биения проявляются в периодической перекачке энергии поля вдольиз одного отрезка волновода, например, 1 во второй и обратно, Экспериментально установлено, что мощности, соответствующие частотам 11 и т 2, лерекачиваются в противофазе, В результате на каждом из зеркал 3 и 4 поля колебаний частот 11 и Г 2 локализуются над торцами различных отрезков волновода 1. и 2, т.е. обеспечивается пространственное разделение двух соседних по частоте рабочих видов колебаний. При этом пятна их полей на зеркалах 3 и 4 частично перекрываются в области продольной оси системы 8 таким образом, что они могут одновременно возбуждаться, например, через отверстие связи 7 (фиг, 1), и выводиться раздельно по двум частотным каналам 11 и 2 посредством, например, отверстий связи 9 и 10, В качестве элементов связи могут быть использованы полупрозрачные зеркала, зеркала в виде металлических решеток. Изобретение иллюстрируется слепунщим примером.В связи с тем, что физико-техническиеосновы предлагаемого резонатора основа 5 ны на эффектах, обнаруженных впервые теоретически и экспериментально авторами предлагаемого технического решения и сведений о которых нет в отечественной и зарубежной литературе, описание исследований 10 совместим с примером реализации предлагаемого устройства.Решая систему уравнений Максвелла иудовлетворяя условиям непрерывности полей на границах раздела различных сред 15 структуры, получаем дисперсионное уравнение, определяющее собственные частоты Е колебаний (Ех, Еу, Ну компоненты полей отличны от нуля); 20 едКЬ Кд т 9(Кдо) - ед Кь 7 сГдКь 19 х где гс = й (Кьбс/2) - для четных колебаний 25гс =- с Ф (Кь бс/2) - для нечетных коле- баний Кд и Кь - поперечные компоненты вол новых векторов соответственно в диэлектрике и в вакууме,Из этого уравнения легко получить выражение для случаев вырождения по частоте четных и нечетных колебаний с разными 35 продольными индексами и и (и - 1): дности основными в ые, описывающие взаенных четных и нечетжными продольными риводящее к расщеп10 1807538 10. ставитель С, Харькред М. Моргентал кии Корректор М. АндрушенкоРедактор Тираж Подписноедарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 1383 ВНИИППроизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 где р = 2 с/(0 + б); Ко = 2 гтЯр, Ккп = 2 лй /Яр, с - скорость света в вакууме, р - средняя резонансная длина волны рабочих видов колебаний;- длина отрезков диэлектрического Волноводэ:в и г, - показатель преломления и эффективная диэлектрическая проницаемость их материала соответственно,