CC BY
37
ня харчових продуклв мжрохвильовою енерпею на 4acTOTi 2450 МГц, яка розпод^е енергiю електромагнiтного поля магнетрона на чотири piBHi ча-стини. Опромiнююча структура на частой 2450 МГц мае КСХ=1.464, камера мае КСХ=3.52. Проведено розрахунок електромагштних полiв в ка-мерi при даному розташуваннi в нш посудин з дослiджуваним продуктом. Основною задачею подальших дослiджень потрiбно вважати пошук радiу-са дзеркала для зменшення електромагнiтного поля поза межами дзеркала, на стiнках камери та зменшення КСХ.
Лггература
1. Найденко В.1., Сул1ма G.A., Шумаков Д.С., Лебедев О.О. Розрахунок електромагштних пол1в в пристро! для озолення харчових продукт1в//В1сник НТУУ «КП1» Сер1я - Радютехшка Радюапаратобудування, -2007. - Вип. 35. - 157 с.
2. Резонансное рассеивание волн. Т. 2. Волноводные неоднородности/ Шестипалов В.П., Кириленко А.А., Рудь Л. А. - Киев: Наук. Думка, 1986. - 216 с.
3. Shi Cheng, oth. Reduction of the coupling to external sources and modes of propagation by a nearly confocal resonator, IEEE Trans. on MTT, v.55, № 10, 0ct.2007.
4. Вайнштейн Л.А. Открытые резонаторы и открытые волноводы, М. Сов.радио, 1966.
5. Волков В.Н., др. Высокочастотная нагрузка высших мод одномодового резонатора
на 178 МГц.//Ин-т ядерной физики им. Г.И. Будкера. 630090, Новосибирск, 2002.
Ключов1 слова: мшрохвильова ni4, озолення продуклв, електромагнiтне поле
Найденко В.И., Шумаков Д. С., Лебедев А. А. Результаты разработки микроволновой печи для озоления пищевых продуктов Определены размеры и способ облучения камеры для озоления пищевых продуктов, размещения в ней емкостей с продуктом Najdenko V.I., Shumakov D.S., Lebedev A.A. Results of development of microwave stove for food products' incinerating The calculation sizes and the electromagnetic radiation in a stove at given location of vessels with the explored product is conducted.
УДК 621.3.029.6
ШИРОКОСМУГОВ1 НЕВЗАеМШ ПАСИВН1 ro^TPOÏ Д1АПАЗОНУ
ДУЖЕ ВИСОКИХ ЧАСТОТ
Вунтесмерг В.С., Стоколос МО.
Розглянуто класифтацЮ невзаемних пасивних пристрогв та проведено короткий опис 1х конструкцт та характеристик. Проанал1зовано сучасний стан невзаемних пасивних феритових пристрогв д1апазону дуже високих частот та узагальнет напрямки подальшого вдосконалення основних техтчних характеристик.
Вщомо, що до невзаемних пасивних мжрохвильових пристро1в вщно-сять таю пристро! як циркулятори та венташ [1,2]. За десяташття з моменту 1х винаходу [3,4] зроблено багато тишв цих пристро1в, що вiдрiзняються за конструкцию, способом роботи та властивостями, але ус вони базують-ся на особливих властивостях матерiалу, що в них застосовуеться, а саме -фериту. Тому не в останню чергу характеристики цих пристро1в залежать вщ характеристик фершгв, що застосовуються для 1х побудови.
Конструктивш особливосп невзаемних пристроУв
Резонансный вентиль
Принцип роботи резонансного вентиля базуеться на явишд невзаемного поглинання при феромагштному резонанснi [5]. Такий вентиль являе собою дшянку прямокутного хвилеводу iз феритовим зразком всередиш, який тд-
магнчуеться постшним магытним полем. Особливютю резонансних вентилiв е те, що поглинання зворотно! хвилi вщбуваеться в самому феритi.
Просування резонансних венташв в сторону бiльш низьких частот стика-еться iз рiзними проблемами. Технiчнi труднощi в основному пов'язат з тим, що з переходом до бшьш довгих хвиль розмiри пристрою ростуть i конструк-цiя стае громiздкою. Крiм того, у дiапазош ультрависоких частот (УВЧ) по-слабляються невзаемнi явища та зростають магнiтнi втрати у ферит.
Вентиль на ефектi «змщення поля»
Хоча реашзащя циркулятора на цьому явишд можлива, але бiльш практич-ними пристроями е вентилi. Такий вентиль [6] представляе собою вiдрiзок прямокутного хвилеводу, в якому розмщена доволi товста феритова пластина, покрита з одне! сторони поглинаючим шаром. На хвилевiд одягаеться ма-гнiт, утворюючий поле в поперечному напрямку по^бно! величини. Елект-ричне поле прямо!' хвилi в мющ розташування плiвки мае мiнiмальне значен-ня. Таким чином, плiвка буде створювати малий вплив на пряму хвилю, у той час як зворотна хвиля буде iнтенсивно затухати у нiй. Просуванню вентилiв на змщенщ поля у дiапазон дуже високих часто (ДВЧ) заважае те, що зна-чення робочого поля зi зменшенням частоти падае, а тому втрати у ферит збшьшуються. Оск1льки робочi значення поля у даних типах вентилiв у декь лька разiв нижче нiж у випадку резонансних вентилв, вони е менш шдходя-щими для використання в областi бiльш низьких частот.
Фазовий циркулятор
Елементи, як називаються невзаемними фазообертачами [7], являють собою д^нку прямокутного хвилеводу, що мютить феритову пластину, намагщчену у напрямку, перпендикулярному широкш стiнцi хвилеводу. У поеднанн з хвилеводними мостами вони дають можливють реалiзувати рь зн типи циркуляторiв, що отримали широке поширення в мiкрохвильовiй технiцi. Зi збiльшенням довжини хвилi початковi втрати та втрати, пов'язан iз феромагнггним резонансом, накладаються один на одного, що робить неможливим створення невзаемних фазообертачiв iз високою доб-ротщстю, як1 працюють в областi до резонансних полiв. 1нша складнiсть просування в сторону бшьш довгих хвиль пов'язана зi збшьшенням розмь рiв хвилеводiв, що робить систему в цшому вельми громiздкою.
Циркулятор на ефектi Фарадея
Циркулятор на ефекл Фарадея [8] базуеться на властивост обертання площини поляризацп радючастотно! хвилi пiд дiею магнiтних моментiв фериту. Щ пристро! можуть виконуватись як на круглих, так i прямокут-них хвилеводах. Бiльшiсть пристро'в, що використовують ефект Фарадея -вентиль Вони мають тiльки вхiдне та вихщне плече i поглинають хвил^ як1 перпендикулярнi до !х резистивно! пластини. Вентилi на ефектi Фарадея розробляються для роботи на бшьш високих частотах, а у нас час - як оп-тичн вентилi для оптичних волокон.
Ктьцевий циркулятор
Формуеться трьома з'еднаннями та трьома невзаемними фазозсувачами [9]. У дiапазонi ДВЧ практично не застосовуеться.
Циркулятор мостового типу
Циркулятори мостового типу [10, =11] являють собою хвилеводне (або коакшальне) розгалуження, в якому розмщений намагшчений феритовий зразок. Наявнiсть фериту придае мосту невзаемш властивостi.
Просуванню мостових циркуляторiв в сторону бiльш низьких частот сприяе та обставина, що вони можуть працювати при полях, як переви-щують резонансне значення поля. Циркулятори мостового типу найбшьш шдходящд, iз розглянутих вище, для використання у дiапазонi ДВЧ.
Циркулятор на крайовш хвилг
В широких трипластинчатих чи мжросмужкових лiнiях високочастотш струми протiкають по обох краях ^вому та правому) внутрiшнього провь дника. Мiж внутрiшнiм i зовтштм провiдником розташовують намагшче-ний феритовий зразок. У результат високочастотний струм проходить по одному краю внутршнього провщника у випадку прямо!' хвилi i по iншому краю - при зворотнш хвилi. Ця властивють може використовуватись для конструювання циркуляторiв, але зазвичай з використанням цього ефекту роблять широкосмуговi вентилi [9].
Циркулятор на схемг ¡з зосередженими параметрами
Розглянувши описаш вище невзаемш пасивш пристро! можна зробити загальний висновок, що бшьшють з них при робот у дiапазонах ДВЧ та УВЧ будуть мати велик габарити та масу. Тому з метою подолання даного недолжу у 60-х роках було розроблено конструкщю циркулятора iз використанням пасивних елеменпв, що мають зосереджеш параметри, тобто опорiв, емностей та шдуктивностей. Першим, хто запропонував новий па-сивний невзаемний пристрiй iз використанням таких елементiв, е японсь-кий вчений-дослiдник Йошихiро Конiшi [12]. К^м нього приблизно у той самий час також почали займатись щею темою европейськ вченi, таю як J. Deutsch, B. Wieser [13] та H. Bosma [14]. Головним елементом е невзаемне з'еднання, яке часто називають iзодуктором, що складаеться з одного або двох шдмагшчених феритових дисюв та, найчастше, трьох зв'язаних ко-тушок шдуктивност, розташованих пiд кутом 120 градушв. Зовнi ще! конструкцп розмiшуються екрануючi провiдники. Конструкцп з двома фе-ритовими дисками мають бiльш широку смугу через бiльший невзаемний коефщент заповнення [16]. Також вони можуть оперувати бшьшою поту-жнiстю, шж однодисковi конструкцп, через бiльший об'ем фериту [17]. З шшо! сторони, однодисковi конструкцп бiльш кориснi при застосуванш технологи iнтегральних мiкрохвильових схем. Що стосуеться форми фериту, то якщо порiвнювати шароподiбну, стрижневу та дискову форми, най-нижчi резонанснi частоти можна отримати саме при використання фериту
y вигщщ диска [13]. На рис.1 наведено внутршшш н| зовншшшпровщник
схематичне зображення 1зодуктора з дво- "poHi l"^K ма феритовими дисками. У якосп внут- |н
рппнього провщника можна використати piзнi кoнcтpyкцiï. Koнкpeтний тип Рис. 1.
вибиpaeтьcя в зaлeжнocтi вiд дiaпa-зoнy poбoчиx чacтoт, нeoбxiдниx xapaктepиcтик вcьoгo пpиcтpoю, пpocтoти вигoтoвлeння тoщo. ^и-клади деяких центральних частин (а} (б) (В) (г)
зв'язку iзoдyктopa нaвeдeнi на pиc.2. Рис.2.
Koнcтpyкцiя pиc. 2(a) [12] Mae нaйбiльшe знaчeння кoeфiцieнтa зaпoвнeння. Однак кoнcтpyкцiя pиc. 2(г) [1S] вигoтoвляeтьcя бiльш лeгкo, так як да Mae нiякиx пepeтинiв, aлe мoжe бути зacтocoвaнa тiльки y дiaпaзoнi нaдвиcoкиx чacтoт. Для бiльш дoвгoxвильoвoгo дiaпaзoнy пoтpiбнi кoтyшки з дocтaт-ньo вeликoю iндyктивнicтю, а тому вoни пoвиннi мати бaгaтoвиткoвy кoнcтpyкцiю, як на pиc. 2(в). Застосування цeнтpaльнoгo пpoвiдникa pиc. 2 (б) on^a^ y [19]. Дeтaльнi дocлiджeннi пoкaзyють [13], щo кoнфiгypaцiя ^тушки iндyктивнocтi мae cyттeвий вплив на дocяжнi знaчeння poзв'язки та втpaт i, нacaмпepeд, на cпiввiднoшeння циx двox вeличин.
Максимальну шиpoкocмyгoвicть мoжнa oтpимaти за paxyнoк: узго-джeння з лiнiями зв'язку aбo нaвaнтaжeннями y бiльш шиpoкoмy дiaпaзoнi частот; peтeльнoгo пiдбopy мaтepiaлy фepитy; пpaвильнoгo вибopy вeличи-ни пocтiйнoгo мaгнiтнoгo пoля пiдмaгнiчyвaння фepитy. З тeopiï кiл вдо-мo, щo тpиплiччя являe coбoю циpкyлятop, якщo вoнo бeз втpaт та узго-джeнe no вcix тpьox плeчax. Ш^ина смуги, y мeжax якoï циpкyлятop узго-джeний, зpocтae з кшьюстю eлeмeнтiв yзгoджeння. Однак цe пpизвoдить дo зpocтaння внeceниx втpaт та poзмipiв пpиcтpoю. Вимipювaння пoкaзaли [12], в кoжнoгo eлeмeнтa yзгoджeння e ycepeднeний кoeфiцieнт ocлaб-лeння 0.04 дБ, кoтpий oзнaчae, кoжний дoдaткoвий eлeмeнт yзгoджeння збiльшye внeceнi втpaти на 0.0S дБ. ^му peкoмeндyeтьcя викopиcтoвyвaти таку cиcтeмy кoтyшoк iндyктивнocтi, яка мoжe бути yзгoджeнa з викopиc-танням мЫмуму eлeмeнтiв. У [20] тaкoж пpoпoнyeтьcя для змeншeння кь лькocтi eлeмeнтiв yзгoджeння зacтocoвyвaти кoндeнcaтopи з диcпepciйни-ми xapaктepиcтикaми. Алe зaзнaчaeтьcя, як випливae з вiднoшeння Kpaмepca-Kpoнiнгa, втpaти y тaкoмy кoндeнcaтopi даминуч^ щo тaкoж пpивoдитимe дo збiльшeння внeceниx втpaт caмoгo пpиcтpoю.
На частота* вищe 1 ГГц poбoтa з малими втpaтaми мoжe бути peaлiзo-вана y дo peзoнaнcнoмy peжимi. У цьoмy випадку ш^ина смуги, як дака-зaлo багато poбiт [21], пpи peтeльнoмy вибopi фepoмaгнiтнoгo мaтepiaлy мoжe скласти близью oктaви. Рoбoтa вищe фepoмaгнiтнoгo peзoнaнcy y дь aпaзoнax ДВЧ та УВЧ нaклaдae пeвнi oбмeжeння на вибip фepoмaгнiтнoгo
MaTepiany та постшного поля шдмагшчування, а саме: ширина смуги не повинна обмежуватись диспершею та втратами сигналу при передачу при слабкому полi не повинш з'являтись втрати через недонасичення фериту.
Проведений анашз тeхнiчних характеристик (смуга робочих частот, втрати, розв'язка) сучасних невзаемних пристро!в дiaпaзонy ДВЧ, якi ви-пускаються пpовiдними свiтовими виробниками, показав, що лише одини-цi з представлених присро!в працюють у дiaпaзонi ДВЧ i мають при цьому вщносно велику ширину смуги. Кpiм того бiльшiсть пристро!в не викорис-товують елементи iз зосередженими параметрами, а тому мають на цих частотах поpiвняно велик габарити.
Невзаемш пaсивнi фepитовi пристро! знаходять застосування для розв'язки високочастотних сигнaлiв paдiоaпapaтypи piзного призначення. В дiaпaзонaх вiд 2 ГГц i вище цi пристро! peaлiзyються в хвилеводному виконанш. Нижче 2 ГГц хвилеводш нeвзaемнi пристро! мають велик1 габарити, тому здшснюеться пepeхiд до смужкових лшш пepeдaчi. Фepитовi пристро! на смужкових лiнiях пepeдaчi з розподшеними параметрами мо-жуть застосовуватись вщ 0,5 до 2 ГГц. У дiaпaзонi дуже високих частот невзаемш пасивш пристро! на лшях пepeдaчi мають велик1 pозмipи i мо-жуть бути зaстосовaнi для високих piвнiв потyжностi. Для середшх потуж-ностей можуть бути використаш i використовуються нeвзaемнi пристро! на елементах iз зосередженими параметрами. Кpiм того фepитовi пристро! у дiaпaзонi дуже високих частот е вузькосмуговими. Для розв'язки сигнашв у сучаснш aпapaтypi нeобхiднa шиpокосмyговiсть eлeмeнтiв схеми, що по-яснюе iнтepeс до розглянутих питань i !х актуальшсть.
Л1тература
1. Cacheris J.C., Sakiotis N.G. Ferrite components for UHF- and microwave systems // Electronics. - September 1961. - Vol. 34. - P. 37-42.
2. Seidel H. Compact passive nonreciprocal structures for UHF-frequencies // J. Appl. Phys. - April 1959. - Vol. 30S. - P. 156S.
3. Hogan C.L. The ferromagnetic Faraday effect at microwave frequencies and its applications // Rev. Modern Phys. - 1953. - Vol. 25. - P. 253.
4. Tellegen B.D.H. The gyrator, a new electric network element // Philips Res. Repts. -April 1948. - Vol. 3. - P. 81-101.
5. Sakiotis N.G., Chait H.N. Properties of ferrites in waveguides // IEEE Trans. on МТТ. - November 1953. - Vol. 1. - №2. - P. 11-16.
6. Button K.J. Theoretical analysis of the operation of the field displacement ferrite isolator. // IEEE Trans.onMTT. - July 1958. - Vol. 6. - №3. - P. 303-308.
7. Микаэлян А. Л. Теория и применение ферритов на сверхвысоких частотах. - М.; Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 664 с.
8. Hogan C. The microwave gyrator // Bell Sys. Tech. J. - January 1952. - Vol. 31. - P. 1.
9. Ewing S.D., Weiss J.A. Ring circulator theory, design, and performance. // IEEE Trans.on MTT. - November 1967. - Vol. 15. - №11. - P. 623-628.
10. Fay C.E., Comstock R.L. Operation of the ferrite junction circulator. // IEEE Trans. on MTT. - January 1965. - Vol. 13. - №1. - P. 61-72.
11. Chait H., Curry T. Y-circulator // J. Appl. Phys. March 1959. - V. 30. P. 152S-153S.
12. Konishi Y. Lumped element Y circulator//IEEE Trans.on MTT. 1965. V. 13.№6.
13. Deutsch J., Wieser B. Resonance Isolator and Y Circulator with Lumped Elements at VHF // IEEE Trans. on Magnetics. - September 1966. - Vol. 2. - №3. - P. 278-282.
14. Bosma H. A General Model for Junction Circulators; Choice of Magnetization and
Bias Field // IEEE Trans.on Magnetics. September 1968. Vol. 4. - №3. - P. 587-596.
15. Knerr R. A Compact Broad-Band Thin-Film Lumped-Element L-Band Circulator // IEEE Trans.on MTT. - December 1970. - Vol. 18. - №12. - P. 1100-1108.
16. Konishi Y. New Theoretical Concept for Wideband Gyromagnetic Devices // IEEE Trans.on Magnetics. - September 1972. - Vol. 8. - №3. - P. 505-508.
17. Konishi Y. A High-Power UHF Circulator // IEEE Trans.on MTT. - December 1967. -Vol. 15. - №12. - P. 700-708.
18. Knerr R. A Lumped Element Circulator without Crossovers // IEEE Trans.on MTT. -May 1974. - Vol. 22 - №5. - P. 544-548.
19. Aitchison C. S. et al. Lumped-Circuit Elements at Microwave Frequencies // IEEE Trans.on MTT. - December 1971. - Vol. 19 - №12. - P. 928-937.
20. Konishi Y. Lumped Element Circulator // IEEE Trans.on Magnetics. - September 1975. - Vol. 11. - №5. - P. 1262-1266.
21. Simon J.W. // IEEE Trans.on MTT. - January 1965. - Vol. 13. - №. - P. 15-27.
22. Dorado International Corporation, http://www. dorado-intl. com/.
Ключов1 слова: невзаемш пристро'1, вентил^ циркулятори
Вунтесмери Вл.С., Стоколос М.А. Широкополосные невзаимные пассивные устройства диапазона очень высоких частот Рассмотрено классификацию невзаимных пассивных устройств и проведено краткое описание их конструкций. Проанализировано современное состояние невзаимных пассивных ферритовых устройств и обобщенны направления дальнейшего усовершенствования основных технических характеристик. Vuntesmeri Vl.S., Stokolos M. A. The broadband nonreciprocal passive devices of very high frequencies It is observed classification of nonreciprocal passive devices and the short description of their constructions and characteristics are made. The condition of modern instrument making of nonreciprocal passive ferrite devices at VHF is analysed and development directions of the technical data are generalised
УДК621.372.82
ЗАСТОСУВАННЯ М1КРОХВИЛЬОВО1 ПЕЧ1 В РАДЮЛОГП ДЛЯ ГОТУВАННЯ ПРОБ НА ВИМ1Р АКТИВНОСТ1 ВИПРОМ1НЮЮЧИХ НУКЛ1Д1В
Найденко В.1., Лебедев О.О.
Розглядаеться можлив1сть та ефективтсть застосування мтрохвильовог печ1 для приготування проб на вим1р активност1 випромтюючих нукл1д1в у харчових продуктах
В радюлогп для готування проб для вимiру активност бета- гама- ви-промшюючих нуклщв у лiчильних зразках спектрометричним методом використовуеться три методи шдготовки проб:
1. Лiчильний зразок складаеться з речовини проби.
2. Лiчильний зразок готуеться за допомогою методик радiохiмiчного концентрування.
3. Лiчильний зразок готуеться фiзичним концентруванням (висушуван-ня, обвуглювання, озолення). [1]
У першому випадку сума значень об'емно! (питомо!) активной досль джуваного зразка i похибки може перевищувати припустимi рiвнi для основно! групи продуклв, приведет в нормативних документах (ДР-2006 [2], обов'язковий мшмальний перелж.. [3] ьт.д.). У цьому випадку значен-ня похибки може бути зменшено, збшьшуючи час експозицп ^чби) на прилад^ що звичайно недостатньо, або застосовуючи радiохiмiчний метод
