CC BY
7
Рассмотрим в качестве примера основной тип Н\\й в диэлектрическом кубе, которому соответствует колебание Ит в сферическом ОДР. В этом случае система (4) принимает вид
ka '
I . ka '
(5)
Результаты численного решения полученной системы уравнений для ряда значений диэлектрической проницаемости представлены в таблице, где в качестве ¿а берется первый корень уравнения (2) (при
Проведенные исследования показали, что расчетные значения резонансной частоты находятся в пределах погрешности эксперимента, составляющей порядка 1 %.
1. Ильченко М. Е., Старков М. А. Учет внешних полей при вычислении параметров сферического диэлектрического резонатора.— Вести. Киев, политехи, ин-та. Радиотехника, 1980, вып. 17, с. 24—27. 2. Bladel J. Van. On the resonaces of dielectric resonators of very high permittivity.— IEEE Trans. MTT, 1975, 23 , 2, p. 199— 208. 3. Gastine M., Courtois L., Dormann J. L. Electromaqnetic resonances of free dielectric spheres.— IEEE Trans. MTT, 1967, 15, 12, p. 694—700.
УДК 621.372.413
А. А. ТРУБИН, мл. науч. сотр.
ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗЛУЧЕНИЯ ДИСКОВОГО ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЗОНАТОРА
Использование дисковых диэлектрических резонаторов в качестве излучателей антенн СВЧ приводит к задаче исследования характеристик полей волновой , зоны этого вида открытых диэлектрических резонаторов (ОДР) в свободном пространстве. Для определения характеристик излучения диаграммы направленности и коэффициента связи ОДР со свободным пространством воспользуемся результатами работы [2], связывающим поле излучения с электромагнитным полем, запасаемым вблизи резонатора на одной из его резонансных частот.
Пусть в дисковом диэлектрическом резонаторе возбуждаются электромагнитные, азимутально однородные колебания магнитного вида Н0е1, поле которых в одномодовом приближении можно представить в виде [1]. При этом выполнение условия «магнитной стенки» на боковой поверхности диска не является обязательным — поле собственных колебаний ОДР определяется методом частичных областей [3]. Подставляя выражения для полей собственных колебаний на поверхности ОДР в соотношения работы [2] и интегрируя по замкнутой поверхности резонатора, найдем поле ОДР в волновой зоне, с помощью к оторого определим мощность, излучаемую дисковым диэлектрическим резонатором:
п = 1).
Поступила в редколлегию 20.09.82
а) при возбуждении в ОЛР магнитных колебаний НПв1
пН 1 *
Ру = щ, -ъ- <е„ — 1) »„ (Р , , Р„ Я , , Яг)
б) при возбуждении электрических колебаний Вш
где
ot ^Л I ■'j. > 1\
Си-»
I
¡HÍP^Pt, ЯгЯг) —(
(2)
Рг sin рг cos 1дг — 1дг cos рг sin £дг
X
о; - (IVs
PLJB[PL)JJ (Tl7i> — Wx^i (jox> -/о (Л^х»
P\ — (19 j.)
di:
(3)
X
,)2l [p\ -(WL)SI
X {P,q LI (£</2 sin ft eos ¡fo — ft cos ft sin lq2)\pLJ0 {px) Jx (i¡q L) — — Wj/1 (P1) Л. (*К?Х)1 + PLqzr\ (ft sin рг cos Iq, — lq2 cos рг sin %qz) X
X\r\g1J0{pí)Jl,r\qL) — pLJl (pJJoim,)]}
di.
(4)
Здесь г, - (1 - I2) , р1= рг0, рг = ¥>гЬ/2, ч , = ¿ол0, 9« =
= (о Уе0[х0, Д = Ь/2г0, /гп, <?0 — амплитуда колебаний; г0 — радиус диска, ¿. — высота диска.
Мощность потерь в диэлектрике найдем, согласно работе [2]: а) при возбуждении магнитных колебаний Ны
->н It. ,9! -"""оЦгИо Q
4 Q>
р\рг
(р, + Sin рг cos ft) X
X 1^1 (Pj.) — CP J.) Л
б) при возбуждении электрических колебаний Ет
(5)
. pF
r D
'Ó81, I
QoL plpz
{Pi (ft — sin ft COS pz) |/| (P.) —
- Jo (PL) J г (P,)\ + ЛУд. (pz + sin ft cos ft) [J'i (pL)+Л (/»х)|>. (6)
Откуда определим коэффициенты связи дискового ОДР со свободным пространством [1]; ks — P^/PD:
а) при возбуждении магнитных колебаний H0sl kHs = 4Q0 (B'r~ ptqiq\ X
X
1н (Pi<Pt-4v4t)
(Pz + sin pzcospz) [ J\(pL)+Jo (PL)Jl (p j_>] б) при возбуждении электрических колебаний Eosl
¿f = 4Q0 <8'ГГ 1)¿ 'РгЯгХ
X
<Е (Pi-Pz-QХ,Яг)
PÍ(PZ — sm ptcas p¿ (y-¡ [pj —J0 (p±)J2 (/>х)] -+ A*p\ Iрг + sin pt cos pz) (Pi) + J* (Pl)]
(8)
На рис. 1 приведена зависимость коэффициента связи от Д = = Ы2г0 для дисковых ОДР, изготовленных из материала с диэлектрической проницаемостью в1г = 80, собственной добротностью 103, возбуждаемых на резонансной частоте [0 = 7 ГГц низшего, магнитного типа колебаний. Для сравнения полученных зависимостей связи /г
0.1 0,2 0J 1 2 Рис. 1
•л/4
Рис. 2
от Л кружками нанесены значения коэффициентов связи, вычисленные по результатам работы [4] по эквивалентной формуле /г = - (УС^ (где = Ю3, а определялась из таблицы [4]). Небольшое расхождение указанных значений с приведенной на рис. 1 зависимостью объясняется несколько завышенными значениями характеристических чисел р±, рх, получаемых из модели работы [3].. Как следует из результатов расчета, увеличение связи дискового диэлектрического ре-
зонатора со свободным пространством может быть достигнуто использованием ОДР с минимальным отношением Д. . .л;
—*
Приведем выражения для диаграмм направленности (D = | /£|/
/1 ^тах | ) полей излучения при возбуждении в диске азимутально однородных колебаний:
= Рг___р\ ~ я\
P¡ — (Я2 cos О)'2 р\ — (qL sin О)2
X б) £osi
X I Рг cos (qz cos 0) — qz cos 0 ctg pz sin (qz cos 0) | X Pj/o (Pi) h (qL sin 0) — <?x sin 0^! (p±) Ja (qL sin fl) P±Jo (Pj.)/i (<?i) —<7J.A (Pi)h{,4L)
n0Ü _ ___P\ - '/21 v
---7л—---:—гз-г—г-—. A
(9)
X
я г \Г, - (я, cos О)2 J pL [p\ — sin epj Я1^аР1)Л(Я1>-Р1У1(Р1)Уо(Я1) cos 0cos 0 cos (qz cos 0) -
— pz ctg рг sin (qz cos 0)] [pl J0 (Pj_) J1 (qL sin 0) — qL sin 0Д (pL) X X Jo(Qi sin 0)J + PLPi sin 0 \pz cos ((¡z cosO) — ^cos0 ctg рг sin X X (qt COS 0)| sin 6У0 (pj /i (qL sin 6) — p^J, (pL)J0 (qt sin 0)]} . (10)
Диаграммы направленности (ДН) дискового ОДР при возбуждении в нем магнитных колебаний Н011 для двух дисков с Д = 0,1 и Д =5, рассчитанные по формуле (9), показаны на рис. 2. Для сравнения штриховой кривой нанесены ДН магнитного диполя. Как следует из представленных кривых, диаграммы направленности дисковых ОДР близки к диаграмме направленности диполя. Уменьшение отношения Д приводит к расширению ДН, увеличение — к сужению ДН по сравнению с диаграммой направленности магнитного диполя. При этом диаграмма направленности дискового ОДР с L/2r0 1 максимально приближена к дипольной.
Форма диаграммы направленности и характер зависимости ДН от Д при возбуждении в ОДР низших электрических колебаний аналогичны описанным выше, хотя зависимость ширины ДН от Д для электрических видов колебаний носит более выраженный характер, что объясняется большим влиянием формы ОДР на структуру поля этих видов колебаний.
Таким образом, полученные выше соотношения для коэффициентов связи дискового ОДР и диаграмм направленности позволяют вычислить в явном виде и исследовать основные характеристики излучения ОДР, необходимые для решения задачи синтеза антенных устройств, состоящих из ряда открытых дисковых резонаторов и сделать выводы, что зависимости коэффициентов связи дискового диэлектрического резонатора со свободным пространством от величины Д, полученные на основе подхода [2], хорошо согласуются с данными, рас-
считанными при использовании численных методов лля низших,- маг-н итных колебаний. Диаграмма направленности дискового ОДР при возбуждении в нем низших магнитных колебаний имеет форму ДН магнитного диполя и сужается при увеличении отношения L/2r0.
I. Ильченко M. Е., Кудинов Е. В. Ферритовые и диэлектрические резонаторы СВЧ. Киев: Изд-во Киев, ун-та, 1973. 173 с. 2. Трубин А. А. Расчет ксзффиииешов связи диэлектрических резонаторов со свободным пространством.— В кн.: Методы функциональной электроники в реализации радиотехнических устройств. Киев: УКРНИИНТИ, 1982. 45 с. 3. Jtoh T., Rudokas R. Nuv method for computinq the resonant frequences of dielectric resonators.— IEEE Trans. 1977, MTT — 25, 1, p. 52— 54. 4. Verplankeu M., van Bladel J. The maqnetic-dipd resonances of ring resonators of veru hiqh permittivitu. IEEE Tran-., 1979, MTT=27, 4, p. 328—333.
Поступила в редколлегию 07. 09.82
УДК 621 372.832
b И. ЦЫМБАЛ, ст. науч. сотр.. Г. Н. ШЕЛАМОВ. капа. техн. наук
ЛиЛОГАБАРИТНЫЕ СВЧ-РЕЗОНАТОРЫ В ВОЛНОВОДНО-1ЦЕЛЕВОИ ЛИНИИ
Резонаторы, объемы которых, по Крайней мере, на порядок меньше объема металлического резонатора на основе стандартного прямоугольного волновода, относятся к категории малогабаритных. Отметим, что не все малогабаритные СВЧ-резонаторы рационально применять в сочетании с волноводно-щелевыми линиями [1, 2]. Так, пла-нарность конструкции сохраняется при использовании диэлектрического петлевого в виде короткозамкнутого проволочного витка, фер-ритового и металлического дисков типов резонаторов.
Ниже приводятся результаты экспериментального исследовании характеристик взаимодействия (см. таблицу) малогабаритных СВЧ-резонаторов / с волноводно-щелевой линией на основе стандартного прямоугольного волновода сечением 17 х 8 мм. С целью уменьшения воздушного зазора магнитной системы при исследовании ферритовых резонаторов использовался волновод сечением 17x4 мм. Толщина диэлектрической подложки 2 s = 0,3 мм, диэлектрическая проницаемость 6 = 2,2, зазор между металлическими пластинами 3 t = 1 мм. Петлевой резонатор изготовлен из посеребренной проволоки диаметром 0,5 мм, а металлический диск — из пластины толщиной 0,2 мм. Материал ферритового резонатора — железоиттриевый гранат с намагниченностью насыщения 0,175 Тл и шириной линии ферромагнитного резонанса 40 а/М. Размеры диэлектрического резонатора выбраны таким образом, чтобы резонансные частоты Я10б- и ¿„^-колебаний, соотношение между которыми определяется отношением диаметра D к толщине с резонатора [3], оказывались в рабочем диапазоне частот используемого волновода.
Результаты измерений сведены в таблицу, в которой указаны геометрические размеры резонаторов, а также резонансная частоты и коэффициент передачи в точке резонанса Гр.
Резонаторы, укрепленные на перемещаемом поперек волновода пенопластовом держателе, располагались со стороны диэлектрической
3 - 3-720
33
