RU2136010C1 - Method determining parameters of slow-wave structures - Google Patents
Method determining parameters of slow-wave structures Download PDFInfo
- Publication number
- RU2136010C1 RU2136010C1 RU97121075A RU97121075A RU2136010C1 RU 2136010 C1 RU2136010 C1 RU 2136010C1 RU 97121075 A RU97121075 A RU 97121075A RU 97121075 A RU97121075 A RU 97121075A RU 2136010 C1 RU2136010 C1 RU 2136010C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequencies
- frequency
- resonant
- resonant frequency
- measurement
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, точнее к области измерений в электронике СВЧ. Может быть использовано при измерениях электродинамических параметров (ЭДП) различных линий передачи (ЛП) электромагнитных волн (ЭМВ), в частности замедляющих систем (ЗС). The present invention relates to measuring technique, more specifically to the field of measurements in microwave electronics. It can be used in measurements of electrodynamic parameters (EHP) of various transmission lines (PL) of electromagnetic waves (EMW), in particular, slowing systems (ZS).
Известен способ измерения дисперсионной характеристики (ДХ) ЭС в режиме стоячих волн [1, стр. 265; 2, стр. 410], включающий возбуждение ЗС, закороченной на конце, СВЧ- колебаниями через высокочастотный измерительный тракт (ВЧИТ) в заданной полосе частот, определение с помощью зонда, введенного в ЗС и перемещаемого вдоль ЗС, соседних точек минимума показаний индикаторного прибора на заданных дискретных частотах fm, расположенных внутри заданного диапазона, и фиксирование этих точек X1m и X2m, определение коэффициента замедления nm на каждой частоте fm по формуле
где m - номер заданной дискретной частоты, m = 1,2,3...;
λom - длина волны в свободном пространстве, λom= c/fm, с = 3 • 108 м/с, и построение ДХ n=n(f) в заданной полосе по рассчитанным nm.A known method of measuring the dispersion characteristic (DC) of ES in the mode of standing waves [1, p. 265; 2, p. 410], including the excitation of a shorted circuit at the end by microwave oscillations through a high-frequency measuring path (HFIT) in a given frequency band, determination using a probe inserted into a closed circuit and moving along the closed circuit, adjacent points of the minimum indicator readings on given discrete frequencies f m located within a given range, and fixing these points X 1m and X 2m , determining the deceleration coefficient n m at each frequency f m according to the formula
where m is the number of a given discrete frequency, m = 1,2,3 ...;
λ om is the wavelength in free space, λ om = c / f m , s = 3 • 10 8 m / s, and the construction of the DC n = n (f) in a given band from the calculated n m .
Устройство для измерения ДХ содержит [2, стр. 410, рис. 11.29] генератор СВЧ, волномер, подключенный к первому выходу генератора СВЧ, последовательно соединенные переменный аттенюатор и закороченную на конце ЗС, подключенные ко второму выходу генератора СВЧ, последовательно соединенные зонд, введенный в ЗС, детекторную секцию и индикаторный прибор. A device for measuring HF contains [2, p. 410, Fig. 11.29] a microwave generator, a wave meter connected to the first output of the microwave generator, a variable attenuator connected in series and shorted at the end of the ZS, connected to the second output of the microwave generator, connected in series to the probe introduced into the ZS, the detector section and the indicator device.
Измерение коэффициента замедления nm на заданной дискретной частоте fm производят следующим образом. Собирают схему измерений. Возбуждают ЗС на заданной частоте fm внутри заданного диапазона частот, устанавливая частоту fm по волномеру. Передвигая зонд вдоль ЗС, находят и фиксируют точку X1m, в которой показания индикаторного прибора минимальны. Снова передвигают зонд вдоль ЗС и находят справа или слева от точки X1m соседнюю точку X2m с минимальными показаниями индикаторного прибора и фиксируют ее. Рассчитывают nm на частоте fm по формуле (1). Измеряют точки минимумов на других частотах, рассчитывают nm на этих частотах. По рассчитанным значениями nm строят ДХ n= n(f).The measurement of the deceleration coefficient n m at a given discrete frequency f m is as follows. Gather a measurement scheme. Excite ZS at a given frequency f m within a given frequency range, setting the frequency f m by the wavemeter. Moving the probe along the GL, find and fix the point X 1m , at which the indications of the indicator device are minimal. Again, move the probe along the ES and find to the right or left of the point X 1m the neighboring point X 2m with the minimum indications of the indicator device and fix it. Calculate n m at a frequency f m according to the formula (1). Minimum points are measured at other frequencies, n m is calculated at these frequencies. Based on the calculated values of n m, they construct the DC n = n (f).
Недостатком аналога является сложность измерений и значительные погрешности, связанные с необходимостью согласования входа ЗС со ВЧИТ до получения режима бегущей волны во всем заданном диапазоне частот. The disadvantage of the analogue is the complexity of the measurements and significant errors associated with the need to coordinate the input of the ES with RFIT before receiving the traveling wave mode in the entire specified frequency range.
Известен резонансный способ измерения ДХ ЗС [3, стр. 23], включающий возбуждение ЗС, размещенной в объемном цилиндрическом резонаторе (ОЦР) и закороченной на его торцевые стенки, СВЧ-колебаниями от генератора СВЧ в заданном диапазоне частот, перестройку частот генератора СВЧ до нахождения первой резонансной частоты f01 и регистрацию этой частоты, перестройку частоты генератора СВЧ до нахождения и регистрации второй f02, третьей f03 и т. д. резонансных частот, определение коэффициента замедления nm на каждой из резонансных частот f0m по формуле
где m - номер резонанса, m = 1,2,3...;
λom - длина волны в свободном пространстве, соответствующая m-й резонансной частоте, λom= c/fom, с = 3 • 108 м/с;
lsp -длина ЗС,
и построение ДХ ЗС n=n(f) по рассчитанным значениям nm.There is a known resonant method for measuring the DC of an HF [3, p. 23], including the excitation of a HF placed in a cylindrical cavity resonator (OCR) and shorted to its end walls, by microwave oscillations from the microwave generator in a given frequency range, tuning the frequencies of the microwave generator until it is found the first resonant frequency f 01 and registration of this frequency, tuning the frequency of the microwave generator until the second f 02 , third f 03 , etc. resonance frequencies are found and registered, determining the deceleration coefficient n m at each of the resonant frequencies f 0m by the formula
where m is the resonance number, m = 1,2,3 ...;
λ om is the wavelength in free space corresponding to the m-th resonant frequency, λ om = c / f om , s = 3 • 10 8 m / s;
lsp is the length of the AP,
and constructing the DC of the LC n = n (f) from the calculated values of n m .
Устройство для измерения ДХ резонансным способом содержит [1, стр. 268, рис. 168] генератор СВЧ, волномер, подключенный к первому выходу генератора СВЧ, последовательно соединенные первый зонд, ОЦР с ЗС, закороченной на торцевые стенки ОЦР, второй зонд, детекторную секцию и индикаторный прибор, подключенные ко второму выходу генератора СВЧ, при этом связь первого и второго зондов с ЗС в ОЦР осуществляют слабой с помощью петель связи. A device for measuring DC by a resonant method contains [1, p. 268, Fig. 168] a microwave generator, a wave meter connected to the first output of the microwave generator, serially connected to the first probe, the OCR with a closed circuit shorted to the end walls of the OCR, a second probe, a detector section and an indicator device connected to the second output of the microwave generator, while the connection of the first and the second probes with ES in the CRO carry out weak using communication loops.
Измерение коэффициента замедления nm на резонансных частотах производят следующим образом. Собирают схему измерений. Возбуждают ОЦР с ЗС от генератора СВЧ через первый зонд в виде петли связи. Перестраивают генератор СВЧ по частоте до получения первого резонанса в ЗС на частоте f01. Наличие резонанса определяют по максимуму показаний индикаторного прибора. Регистрируют частоту f01 с помощью волномера. Перестраивают генератор СВЧ по частоте до получения второго f02, третьего f03 и т.д. резонансов в ЗС в заданном диапазоне частот. Регистрируют по волномеру эти частоты. Определяют коэффициент замедления nm на каждой резонансной частоте по формуле (2) и строят ДХ n= n(f) по рассчитанным значениям nm.The measurement of the deceleration coefficient n m at the resonant frequencies is as follows. Gather a measurement scheme. The OCR with ES is excited by the microwave generator through the first probe in the form of a communication loop. The microwave generator is tuned in frequency to obtain the first resonance in the ES at a frequency of f 01 . The presence of resonance is determined by the maximum readings of the indicator device. Frequency f 01 is recorded using a wave meter. The frequency generator is tuned in frequency to obtain a second f 02 , a third f 03 , etc. resonances in the CS in a given frequency range. Record these frequencies on the wavemeter. The deceleration coefficient n m is determined at each resonant frequency by the formula (2) and the DC is built n = n (f) from the calculated values of n m .
К недостаткам второго аналога можно отнести работу только с закороченной на торцы ОЦР ЗС и невозможность определения других ЗДП ЗС, необходимых при ее проектирования других ЗДП ЗС, необходимых при ее проектировании и эксплуатации. Однако второй аналог близок по технической сущности к предлагаемому техническому решению и выбран авторами в качестве прототипа. The disadvantages of the second analogue include the work only with shorted to the ends OTSR ZS and the inability to determine other ZDZ ZS, necessary during its design, other ZDZ ZS, necessary during its design and operation. However, the second analogue is close in technical essence to the proposed technical solution and is selected by the authors as a prototype.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является измерение ЭДП ЗС резонансным методом в режиме холостого хода (xx) обоих концов ЗС. The problem to which the invention is directed is the measurement of the EAF of the ES by the resonance method in idle mode (xx) of both ends of the ES.
Техническим результатом заявляемого решения является возможность измерения резонансным методом ряда ЭДП, необходимых при проектировании ЗС. The technical result of the proposed solution is the possibility of measuring the resonance method of a number of EHPs necessary for the design of the ES.
Этот технический результат достигается тем, что в способе определения параметров замедляющих систем, включающем возбуждение замедляющей системы, размещенной в объемном цилиндрическом резонаторе, СВЧ-колебаниями в заданном диапазоне частот, измерение всех резонансных частот f0m в этом диапазоне, определение коэффициентов замедления nm на резонансных частотах расчетным путем и построение дисперсионной характеристики n=n(f) по рассчитанным значениями nm, новым является то, что концы замедляющей системы, размещенной в объемном цилиндрическом резонаторе, оставляют разомкнутыми, измеряют и регистрируют все резонансные частоты f0m1 и добротности Q0m1 на этих частотах в заданном диапазоне, укорачивают длину замедляющей системы на величину Δ lsp ≤ 0,1 lsp и снова измеряют все резонансные частоты f0m2 в этом же диапазоне частот, определяют электродинамические параметры замедляющей системы по формулам:
βzm = nm•βom (5)
αom = βzm/2Qom (6)
Zom = Rom/2αom (7)
Lom = βzm•Zom/ωom (9)
Com = βzm/Zomωom (10)
где m - номер резонанса, m = 1,2,3...;
lsp1 - длина замедляющей системы при первом измерении резонансных частот f0m1 и добротностей Q0m1;
lsp2 - длина замедляющей системы при втором измерении резонансных частот f0m2, после укорочения первоначальной длины lsp1 на Δlsp, м,
Δlкр - кажущееся удлинение замедляющей системы в режиме холостого хода, м;
λom - длина волны в свободном пространстве, соответствующая m-й измеренной резонансной частоте, м, λom = c/fom, с = 3 • 108, м/с;
βzm - фазовая постоянная распространения электромагнитной волны в замедляющей системе, рад/м;
βom - фазовая постоянная распространения электромагнитной волны в свободном пространстве, рад/м, βom = 2π/λom;
αom - постоянная затухания электромагнитной волны в замедляющей системе на резонансной частоте, Нп/м;
Z0m - волновое сопротивление замедляющей системы на резонансной частоте, Ом;
R0m - заданное погонное сопротивление проводников замедляющей системы на резонансной частоте, Ом/м;
Rcbm - сопротивление связи на оси замедляющей системы на резонансной частоте, Ом;
Pm - поперечное волновое число замедляющей системы на резонансной частоте рад/м,
L0m - погонная индуктивность замедляющей системы на резонансной частоте, Гн/м;
C0m - погонная емкость замедляющей системы на резонансной частоте, Ф/м,
и строят дисперсионные зависимости a=a(f), где a - любой из электродинамических параметров, принимая за аргумент f измеренные резонансные частоты f0m.This technical result is achieved by the fact that in the method for determining the parameters of slowing systems, including the excitation of a slowing system located in a volumetric cylindrical resonator, microwave oscillations in a given frequency range, measuring all resonant frequencies f 0m in this range, determining the deceleration coefficients n m at resonance frequencies by calculation and construction of dispersion characteristic n = n (f) from the calculated values n m, new is that the ends of the retardation system, placed in a volume CYLINDRICAL th resonator left open, the measured and record all the resonant frequencies f 0m1 Q and Q 0m1 at these frequencies in a predetermined range, the shortened length of the delay network by an amount Δ lsp ≤ 0,1 lsp measured again and all the resonant frequency f 0m2 in this same range frequencies, determine the electrodynamic parameters of the retarding system according to the formulas:
β zm = n m • β om (5)
α om = β zm / 2Q om (6)
Z om = R om / 2α om (7)
L om = β zm • Z om / ω om (9)
C om = β zm / Z om ω om (10)
where m is the resonance number, m = 1,2,3 ...;
lsp 1 is the length of the slowdown system in the first measurement of the resonant frequencies f 0m1 and Q factors Q 0m1 ;
lsp 2 is the length of the retarding system in the second measurement of resonance frequencies f 0m2 , after shortening the initial length lsp 1 by Δl sp , m,
Δl cr - the apparent lengthening of the decelerating system in idle mode, m;
λ om is the wavelength in free space corresponding to the m-th measured resonant frequency, m, λ om = c / f om , s = 3 • 10 8 , m / s;
β zm is the phase constant of propagation of the electromagnetic wave in the slowing system, rad / m;
β om — phase constant of propagation of an electromagnetic wave in free space, rad / m, β om = 2π / λ om ;
α om is the attenuation constant of the electromagnetic wave in the decelerating system at the resonant frequency, Np / m;
Z 0m is the wave impedance of the slowing system at the resonant frequency, Ohm;
R 0m - the specified linear resistance of the conductors of the slowing system at the resonant frequency, Ohm / m;
R cbm is the coupling resistance on the axis of the slowing system at the resonant frequency, Ohm;
P m - the transverse wave number of the slowing system at the resonant frequency rad / m,
L 0m is the linear inductance of the decelerating system at the resonant frequency, GN / m;
C 0m is the linear capacity of the slowing system at the resonant frequency, f / m,
and build the dispersion dependences a = a (f), where a is any of the electrodynamic parameters, taking the measured resonance frequencies f 0m as argument f.
Совокупность существенных признаков предлагаемого технического решения позволяет измерить резонансным методом в режиме xx обоих концов ЗС наряду с ДХ n=n(f) перечисленные ЭДП ЗС (4) - (10) и их частотные зависимости. The set of essential features of the proposed technical solution allows us to measure the listed ED of the ES (4) - (10) and their frequency dependencies along with the DC n = n (f) using the resonance method in xx mode.
На фиг. 1 приведена структурная схема устройства измерения ЭДП ЗС по предлагаемому способу, на фиг. 3, 2, 4 - измеренные (сплошными линиями) и рассчитанные (пунктиром) частотные зависимости коэффициента замедления n, волного сопротивления Z0 и постоянной затухания αo соответственно, на фиг. 5 - частотная зависимость кажущегося удлинения Δlкр(f).
Устройство для измерения ЭДП ЗС по предлагаемому способу содержит (фиг. 1) генератор СВЧ 1, волномер 2, подключенный к первому выходу генератора СВЧ 1, последовательно соединенные ВЧИТЗ, первый зонд 4, ОЦР 5 с ЗС 6 в режиме xx обоих концов, второй зонд 7, детекторную секцию 8 и индикаторный прибор 9, подключенные ко второму выходу генератора СВЧ 1. Первый и второй зоны 4 и 7 связаны с ОЦР 5 и ЗС 6 с помощью петель связи 10.In FIG. 1 shows a structural diagram of a device for measuring the EAF of an ES by the proposed method, FIG. 3, 2, 4 - measured (solid lines) and calculated (dashed) frequency dependences of the deceleration coefficient n, wave resistance Z 0 and attenuation constant α o, respectively, in FIG. 5 - frequency dependence of the apparent elongation Δl cr (f).
A device for measuring the ESF of an ES in accordance with the proposed method comprises (Fig. 1) a microwave generator 1, a
В качестве генератора СВЧ 1, волномера 2, ВЧИТ 3, детекторной секции 8 и индикаторного прибора 9 может быть использован промышленный измеритель комплексных коэффициентов передачи P4-37 в режиме измерения проходных параметров четырехполюсников [4] ; в качестве зондов 4 и 7 проволочные зонды с короткозамкнутыми петлями связи 10, возбуждающими магнитные составляющие полей внутри ОЦР; в качестве ОЦР 5 - цилиндрический металлический резонатор заданных длины и внутреннего диаметра. As a microwave generator 1,
Определение ЭДП ЗС по предлагаемому способу производят следующим образом. Собирают схему измерений фиг. 1. На генераторе качающейся частоты измерителя P4-37 выставляют заданный диапазон качания частоты ΔF, в котором измеряются ЭДП ЗС, например ΔF = (100 = 800) МГц включают прибор в режим автоматического качания частоты. На экране измерительного блока измерителя P4-37 высвечивается амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) коэффициента передачи ЗС 6. Измеряют и регистрируют частоты всех резонансов f0m1 в полосе качания ΔF. Частоты резонансов определяют по максимумам АЧХ. Измеряют и регистрируют добротности Q0m1 на всех резонансных частотах f0m1 любым известным способом, например, резонансным методом [5, стр. 58]. Выключают схему измерений. Уменьшают длину ЗС 6 lsp1 на величину Δlsp= (0,5 -0,1) lsp1, получают lsp2. Снова собирают схему измерений фиг. 1 и включают ее в режим автоматического качания частоты в том же диапазоне ΔFo. Измеряют и регистрируют по АЧХ ЗС 6 частоты всех резонансов f0m2 в полосе ΔF. Выключают схему измерений. Рассчитывают погонное сопротивление Rom1 проводников ЗС 6 на резонансных частотах f0m1 любым известным способом, например, по методикам [6, стр. 132]. Рассчитывают ЭДП ЗС по формулам (3) -(10) для каждой резонансной частоты f0m1. Строят ДХ a= a(f), принимая за аргумент f измеренные резонансные частоты f0m1. В целях подтверждения осуществимости заявляемого способа и достижения технического результата измерений на предприятии изготовлен макет лабораторной установки для измерения параметров спиральной замедляющей системы (СЗС) по предлагаемому способу. В качестве генератора СВЧ 1, волномера 2, ВЧИТЗ, детекторной секции 8 и индикаторного прибора 9 использован измеритель P4-37 в режиме измерения проходных параметров четырехполюсников. ОЦР лабораторной установки представляет металлический цилиндр длиной Lц = 220 мм с внутренним диаметром Dц = 120 мм. Внутри цилиндра коаксиально крепится СЗС из медного проводника с помощью трех диэлектрических стержней из оргстекла диаметром dст = 8 мм и длиной lст = 220 мм. Концы СЗС разомкнуты, т.е. находятся в режиме xx по отношению к корпусу.The determination of the EAF ES by the proposed method is as follows. The measurement circuit of FIG. 1. On the oscillator of the oscillating frequency of the P4-37 meter, the specified frequency oscillation range ΔF is set, in which the ESF of the ES is measured, for example, ΔF = (100 = 800) MHz and the device switches to the automatic oscillation mode. On the screen of the measuring unit of the P4-37 meter, the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the
Геометрические размеры исследуемых СЗС приведены в табл. 1. (см. табл. 1-4 в конце описания)
В табл. 1 обозначены: Dср - средний диаметр СЗС; dпр - диаметр проводников СЗС; lsp1 - длина СЗС при первом измерении резонансных частот и добротностей; lsp2 - длина СЗС при втором измерении резонансных частот; N - число витков в СЗС; h - шаг (период) СЗС; nг - геометрическое замедление СЗС.The geometrical dimensions of the studied SES are given in table. 1. (see tab. 1-4 at the end of the description)
In the table. 1 marked: D cf - the average diameter of the SES; d CR - the diameter of the conductors SZS; lsp 1 - the length of the SES during the first measurement of resonant frequencies and Q factors; lsp 2 - the length of the SES in the second measurement of resonant frequencies; N is the number of turns in the CES; h - step (period) of the CES; n g - geometric slowdown of the SES.
Результаты измерений и расчетов замедления по формулам (3) и (11) приведены в табл. 2 и 3, расчет остальных параметров СЗС приведен в табл.4. The results of measurements and calculations of deceleration according to formulas (3) and (11) are given in table. 2 and 3, the calculation of the remaining parameters of the CES is given in Table 4.
В табл. 2-3 обозначены: f01 - измеренные резонансные частоты при первом измерении СЗС длиной lsp1; f02 - измеренные резонансные частоты при втором измерении СЗС длиной lsp2; λo - длина волны в свободном пространстве, соответствующая измеренной частоте, λo= c/fo, c = 3 • 108 м/с; βo= 2π/λo; n1,2 - коэффициенты замедления, рассчитанные по формуле (11); n = коэффициент замедления СЗС, рассчитанный по формуле (3); Δlкр - кажущееся удлинение СЗС на резонансных частотах; αa - постоянная затухания ЭМВ в СЗС; βz - фазовая постоянная распространения ЭМВ в СЗС; Z0 - волновое сопротивление СЗС; Rсв - сопротивление связи на оси СЗС; R0, L0, C0 - погонные сопротивление, индуктивность и емкость СЗС соответственно.In the table. 2-3 are indicated: f 01 - the measured resonant frequencies during the first measurement of the SES with a length of lsp 1 ; f 02 - the measured resonant frequencies in the second measurement of the CES length lsp 2 ; λ o - wavelength in free space corresponding to the measured frequency, λ o = c / f o , c = 3 • 10 8 m / s; β o = 2π / λ o ; n 1,2 - deceleration coefficients calculated by the formula (11); n = CES deceleration coefficient calculated by formula (3); Δl cr - the apparent elongation of the CES at resonant frequencies; α a is the decay constant of EMW in the CES; β z is the phase constant of EMW propagation in the CES; Z 0 - wave impedance of the SES; R St - communication resistance on the axis of the SES; R 0 , L 0 , C 0 - linear resistance, inductance and capacitance of the SES, respectively.
Отметим, что все ЭДП имеют дисперсионную зависимость. Note that all EHPs have a dispersion dependence.
На фиг. 3, 2, 4 приведены измеренные (сплошные линии) и теоретически рассчитанные (пунктиром) дисперсионные зависимости коэффициента замедления n, волновое сопротивление Z0 и постоянной затухания αo. Экспериментальные и теоретически рассчитанные ЭДП удовлетворительно совпадают, отличия в ЭДП объясняются погрешностями изготовления и установки СЗС в корпусе резонатора, а также неточностью теории СЗС в области низких частот [11, стр. 140]. На фиг. 5 приведена частотная зависимость кажущего удлинения Δlкр СЗС в режиме xx.In FIG. 3, 2, 4 show the measured (solid lines) and theoretically calculated (dashed) dispersion dependences of the deceleration coefficient n, wave resistance Z 0 and damping constant α o . The experimental and theoretically calculated EHFs satisfactorily coincide, the differences in the EHEs are explained by errors in the manufacture and installation of SES in the resonator body, as well as the inaccuracy of the SES theory in the low-frequency region [11, p. 140]. In FIG. 5 shows the frequency dependence of the apparent elongation Δl cr of the CES in xx mode.
Покажем, что предлагаемый способ технически реализуется, составляет техническое решение и позволяет измерить ЭДП ЗС. We show that the proposed method is technically implemented, is a technical solution and allows you to measure the ESF of the ES.
Согласно [1, стр. 267; 2, стр. 411; 3, стр. 23], коэффициент замедления nm при резонансном способе измерения определяется по формуле
где m - номер резонанса, m = 1,2,3...;
λom - длина волны в свободном пространстве, соответствующая m-й измеренной резонансной частоте;
lsp - геометрическая длина ЗС.According to [1, p. 267; 2, p. 411; 3, p. 23], the deceleration coefficient n m with a resonant measurement method is determined by the formula
where m is the resonance number, m = 1,2,3 ...;
λ om is the wavelength in free space corresponding to the m-th measured resonant frequency;
lsp is the geometric length of the CS.
Формула (11) дает правильные результаты для режима короткого замыкания (КЗ) ЗС на обоих концах. Экспериментально установлено [8], что в режиме XX концов ЗС имеет место некоторое "удлинение" электрической длины lsp9 ЗС по сравнению с геометрической длиной lsp на некоторую величину Δlкр с каждого конца ЗС. Это "удлинение" связано с выбегом электромагнитного поля за торцевые границы ЗС: поле обрывается не сразу на геометрической границе ЗС, а спадает за этой границей до нуля на некотором расстоянии Δlкр от границы торца ЗС. Это явление выбега поля за торцевые границы называют также либо краевым эффектом, либо влиянием краевых емкостей. В режиме XX обоих концов ЗС величина удлинения ЗС равна 2Δlкр. При каждом измерении резонансных частот f0m величина 2Δlкр неизвестна и не учитывается при расчете nm по формуле (11), что приводит к значительным погрешностям расчета (см. строки n1 и n2 табл. 2 - 4). Для исключения этих погрешностей нужно учесть влияние Δlкр. Учет этих Δlкр позволяет сделать предлагаемый способ.Formula (11) gives the correct results for the short circuit mode (short circuit) of the AP at both ends. It was experimentally established [8] that in the XX end-of-end mode, there is some “elongation” of the electric length lsp 9 ЗС compared with the geometric length lsp by a certain value Δl cr from each end of the ЗС. This “extension” is associated with the run-out of the electromagnetic field beyond the end boundaries of the CS: the field does not break off immediately at the geometric boundary of the CS, but falls to zero at this distance at a certain distance Δl cr from the boundary of the end of the CS. This phenomenon of field run-out over the end boundaries is also called either the edge effect or the influence of edge capacities. In the XX mode of both ends of the CS, the extension of the CS is 2Δl cr . For each measurement of the resonance frequencies f 0m, the quantity 2Δl cr is unknown and is not taken into account when calculating n m according to formula (11), which leads to significant calculation errors (see lines n 1 and n 2 of Tables 2-4). To eliminate these errors, it is necessary to take into account the influence of Δl cr . Accounting for these Δl cr allows you to make the proposed method.
Пусть при известной длине lsp1 проведено измерение резонансных частот f0m1 в режиме XX ЗС. Учитывая выбег поля на 2Δlкр, формулу (11) нужно записать в следующем виде
В формуле (12) учтен краевой эффект в виде слагаемого 2Δlкр. Однако эта формула не позволяет однозначно определить nm, так как здесь одно уравнение и два неизвестных: nm и Δlкрm. Для однозначного определения двух неизвестных нужно второе независимое уравнение. Для получения этого второго уравнения укоротим длину lsp1 до величины lsp2 на некоторую необходимую длину Δlsp, такую, которая изменила бы резонансную частоту f0m1 на f0m2, но на которой замедление nm и кажущееся "удлинение" Δlкрm остались практически такими же, как и при первом измерении f0m1. Для частоты f0m2 и соответствующей ей длины волны λom2 уравнение (11) можно записать так:
Уравнения (12) и (13) и дают систему из двух уравнений с двумя неизвестными nm и Δlкрm
Решение этой системы позволяет определить однозначно nm и Δlкрm
Формулы (15) и (16) суть формулы (3) и (4).Let a resonance frequency f 0m1 be measured at a known length lsp 1 in the XX ZS mode. Given the field run-out by 2Δl cr , formula (11) should be written as follows
Formula (12) takes into account the edge effect in the form of the term 2Δl cr . However, this formula does not allow unambiguous determination of n m , since here there is one equation and two unknowns: n m and Δl km . To uniquely determine two unknowns, a second independent equation is needed. To obtain this second equation, we shorten the length lsp 1 to lsp 2 by some necessary length Δl sp , such that it would change the resonant frequency f 0m1 to f 0m2 , but at which the deceleration n m and the apparent "elongation" Δl krm remained almost the same , as in the first measurement f 0m1 . For the frequency f 0m2 and the corresponding wavelength λ om2, equation (11) can be written as follows:
Equations (12) and (13) give a system of two equations with two unknowns n m and Δl crm
The solution of this system allows us to uniquely determine n m and Δl krm
Formulas (15) and (16) are formulas (3) and (4).
По определению, коэффициентом замедления n ЗС называют отношение [6, стр. 6]:
где с = 3 • 108 м/с;
Uф - фазовая скорость распространения ЭМВ в ЗС;
λo - длина волны в свободном пространстве, λo= c/fo;
f0 - частота;
λz - длина волны в ЗС, соответствующая частоте f0, λz= λo/n;
βo= 2π/λo;
βz - фазовая постоянная распространения ЭМВ в ЗС, βz= 2π/λz.
Из формулы (17) следует формула (5) для любой частоты
βz= βo•n (18)
В реальной ЗС, как линии передачи с малыми потерями, постоянную затухания αo можно выразить через погонные параметры R0, L0, C0, G0 [5, стр. 204; 9, стр. 292]:
где Z0 - волновое сопротивление ЗС,
R0 - погонное сопротивление проводников ЗС, рассчитывается, например, по методике [6, стр. 132]. Из формулы (19) следует формула (7) для произвольной заданной частоты
Zo= Ro/2αo. (20)
В теории длинных линий доказывается [9, стр. 298], что добротность Q0 линии на любой частоте f0 связана с погонными параметрами l0 и R0 соотношением
Представим L0 в формуле (21) следующим образом:
получим
так как по определению, а 2αo= Ro/Zo из формулы (19). Следовательно, из (20), (21) и (22) следует формула (6) для любой частоты
αo= βz/2Qo (23)
Перемножим на получим для любой частоты ωo= 2πfo,
Отсюда для любой частоты ωo следует формула (9):
Lo= βz•Zo/ωo (24)
Разделим на получим
Отсюда для любой частоты ωo следует формула (10):
Co= βz/Zo•ωo (25)
Наконец, в [10] показано, что волновое сопротивление Z0 ЗС и сопротивление связи Rсв на оси той же ЗС связаны соотношением
Формула (26) суть формулы (8).By definition, the deceleration coefficient n ZS is the ratio [6, p. 6]:
where c = 3 • 10 8 m / s;
U f - phase velocity of propagation of EMW in the AP;
λ o - wavelength in free space, λ o = c / f o ;
f 0 is the frequency;
λ z is the wavelength in ZS corresponding to the frequency f 0 , λ z = λ o / n;
β o = 2π / λ o ;
β z is the phase constant of EMW propagation in the CS, β z = 2π / λ z .
From formula (17) follows formula (5) for any frequency
β z = β o • n (18)
In a real LC, as transmission lines with low losses, the damping constant α o can be expressed in terms of linear parameters R 0 , L 0 , C 0 , G 0 [5, p. 204; 9, p. 292]:
where Z 0 - wave impedance ZS,
R 0 - linear resistance of the conductors of the AP, calculated, for example, according to the methodology [6, p. 132]. From formula (19) follows formula (7) for an arbitrary given frequency
Z o = R o / 2α o . (20)
In the theory of long lines it is proved [9, p. 298] that the quality factor Q 0 of a line at any frequency f 0 is related to the linear parameters l 0 and R 0 by the relation
We represent L 0 in formula (21) as follows:
we get
as by definition, and 2α o = R o / Z o from formula (19). Therefore, from (20), (21) and (22) follows formula (6) for any frequency
α o = β z / 2Q o (23)
Multiply on the we obtain for any frequency ω o = 2πf o ,
From here for any frequency ω o follows the formula (9):
L o = β z • Z o / ω o (24)
Divide on the we get
From here for any frequency ω o follows the formula (10):
C o = β z / Z o • ω o (25)
Finally, in [10] it was shown that the wave impedance Z 0 ZS and the bond resistance R cv on the axis of the same ZS are related by the relation
Formula (26) is the essence of formula (8).
Приведенные анализ и экспериментальные результаты табл. 2 -4 и фиг. 2 - 5 показывают, что предлагаемый способ отвечают критериям "новизна", "изобретательский уровень", является техническим решением, технически реализуется и может быть использован при измерении электродинамических параметров и характеристик замедляющих систем приборов СВЧ-электроники. The analysis and experimental results of the table. 2-4 and FIG. 2 to 5 show that the proposed method meets the criteria of "novelty", "inventive step", is a technical solution, is technically implemented and can be used to measure electrodynamic parameters and characteristics of slowing down systems of microwave electronics.
Источники информации
1. Тараненко З.И., Трохименко Я.К. Замедляющие системы. Киев, 1965.Sources of information
1. Taranenko Z.I., Trohimenko Y.K. Slow down systems. Kiev, 1965.
2. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ 4.1. М., Высшая школа, 1970. 2. Lebedev I.V. Microwave engineering and instruments 4.1. M., High School, 1970.
3. "Электромагнитные замедляющие системы" (методика измерения характеристик). Под ред. д.т.н. Дерюгина Л.Н. М., МАИ, Оборонгиз, 1060. 3. "Electromagnetic slowdown systems" (method for measuring characteristics). Ed. Doctor of Technical Sciences Deryugina L.N. M., MAI, Oborongiz, 1060.
4. P4-37. Измеритель комплексных коэффициентов передачи, ТО и ИЗ, ЦЮ1, 400.245ТО. 4. P4-37. Measuring instrument of complex transmission coefficients, TO and IZ, TsU1, 400.245TO.
5. Асеев Б.П. "Колебательные цепи". - М., Связь и Радио, 1955. 5. Aseev B.P. "Vibrational chains." - M., Communication and Radio, 1955.
6. Силин Р.А., Сазонов В.П. Замедляющие системы. М., Сов. Радио, 1966. 6. Silin R.A., Sazonov V.P. Slow down systems. M., Sov. Radio, 1966.
7. Зернов Н.В., Карпов В.Г. Теория радиотехнических цепей. Л., Энергия, 1972. 7. Zernov N.V., Karpov V.G. Theory of radio circuits. L., Energy, 1972.
8. Следков В.А., Рязанов В.Д. "Измерение дисперсии фазовых скоростей в передающих линиях", РЭ, 1989, т.34, N 11, стр. 2429-2433. 8. Sledkov V.A., Ryazanov V.D. "Measurement of the dispersion of phase velocities in transmission lines", RE, 1989, v. 34, No. 11, pp. 2429-2433.
9. Лосев А.К. Линейные радиотехнические цепи. М., Высшая шк., 1971. 9. Losev A.K. Linear electronic circuits. M., Higher school., 1971.
10. Пчельников Ю. Н. "О соотношении между волновым сопротивлением и сопротивлением связи", РЭ, 1983, т.28, N 10, стр. 1981-1985. 10. Pchelnikov Yu. N. "On the relationship between wave resistance and coupling resistance", RE, 1983, v. 28,
11. Советов Н.М. Техника СВЧ. М., Высшая школа, 1976. 11. Sovetov N.M. Microwave technology. M., High School, 1976.
Claims (1)
βzm = nm•βom,
αom = βzm/2Qom,
Zom = Rom/2αom,
Lom = βzm•Zom/ωom,
Com = βzm/Zomωom,
где m - номер резонанса, m = 1,2,3...;
lsp1 - длина замедляющей системы при первом измерении резонансных частот fom1 и добротностей Qom1, м;
lsp2 - длина замедляющей системы при втором измерении резонансных частот fom2 после укорочения первоначальной длины lsp1 на Δlsp, м;
Δlкрт - кажущееся удлинение замедляющей системы в режиме холостого хода, м;
λom - длина волны в свободном пространстве, соответствующая m-й измеренной резонансной частоте, м, λom = c/fom;
βzm - фазовая постоянная распространения электромагнитной волны в замедляющей системе, рад/м;
βom - фазовая постоянная распространения электромагнитной волны в свободном пространстве, рад/м, βom = 2π/λom;
αom - постоянная затухания электромагнитной волны в замедляющей системе на резонансной частоте, Нп/м;
Zom - волновое сопротивления замедляющей системы на резонансной частоте, Ом;
Rom - заданное погонное сопротивление проводников замедляющей системы на резонансной частоте, Ом/м;
Rсвm - сопротивление связи на оси замедляющей системы на резонансной частоте, Ом;
Pm - поперечное волновое число замедляющей системы на резонансной частоте, рад/м,
Lom - погонная индуктивность замедляющей системы на резонансной частоте, Гн/м;
Com - погонная емкость замедляющей системы на резонансной частоте, Ф/м,
и строят дисперсионные зависимости a=a(f), где а - любой из электродинамических параметров, принимая за аргумент f измеренные резонансные частоты fom.1. A method for determining the parameters of retardation systems, including the excitation of a retardation system located in a cylindrical cavity resonator, microwave oscillations in a given frequency range, the measurement of all resonant frequencies f om in this range, the determination of deceleration coefficients n m at resonant frequencies by calculation and the construction of the dispersion characteristics n = n (f) according to the calculated values of n m , characterized in that the ends of the retardation system located in the cylindrical cavity resonator are left open, measured and register all resonant frequencies f om1 and Q factors Q om1 at these frequencies in a given range, shorten the length of the slowing system by Δl sp ≤ 0.1l sp and again measure all resonant frequencies f om2 in the same frequency range, determine the electrodynamic parameters of the slow system formulas
β zm = n m • β om ,
α om = β zm / 2Q om ,
Z om = R om / 2α om ,
L om = β zm • Z om / ω om ,
C om = β zm / Z om ω om ,
where m is the resonance number, m = 1,2,3 ...;
l sp1 is the length of the slowdown system during the first measurement of the resonant frequencies f om1 and Q factors Q om1 , m;
l sp2 is the length of the slowing system in the second measurement of the resonance frequencies f om2 after shortening the initial length l sp1 by Δl sp , m;
Δl krt - the apparent lengthening of the decelerating system in idle mode, m;
λ om is the wavelength in free space corresponding to the m-th measured resonant frequency, m, λ om = c / f om ;
β zm is the phase constant of propagation of the electromagnetic wave in the slowing system, rad / m;
β om — phase constant of propagation of an electromagnetic wave in free space, rad / m, β om = 2π / λ om ;
α om is the attenuation constant of the electromagnetic wave in the decelerating system at the resonant frequency, Np / m;
Z om - wave resistance of the slowing system at the resonant frequency, Ohm;
R om - the specified linear resistance of the conductors of the decelerating system at the resonant frequency, Ohm / m;
Rсв m is the coupling resistance on the axis of the slowing system at the resonant frequency, Ohm;
P m - the transverse wave number of the slowing system at the resonant frequency, rad / m,
L om is the linear inductance of the decelerating system at the resonant frequency, GN / m;
C om is the linear capacity of the slowing system at the resonant frequency, f / m,
and build the dispersion dependences a = a (f), where a is any of the electrodynamic parameters, taking the measured resonance frequencies f om as argument f.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97121075A RU2136010C1 (en) | 1997-12-04 | 1997-12-04 | Method determining parameters of slow-wave structures |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97121075A RU2136010C1 (en) | 1997-12-04 | 1997-12-04 | Method determining parameters of slow-wave structures |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2136010C1 true RU2136010C1 (en) | 1999-08-27 |
Family
ID=20200184
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97121075A RU2136010C1 (en) | 1997-12-04 | 1997-12-04 | Method determining parameters of slow-wave structures |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2136010C1 (en) |
-
1997
- 1997-12-04 RU RU97121075A patent/RU2136010C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Трохименко Я.К. и др. Замедляющие системы.-Киев, 1965, с.265-267. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ, ч.1.-М.: Высшая школа, 1970, с.410. Электромагнитные замедляющие системы. Методика измерений характеристик./Под ред. Дерюгина Л.Н.-М.: МАИ, 1960, с.23. Сазонов В.П. и др. Замедляющие системы.-М.: Сов.радио, 1966, с.132. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2626409C1 (en) | Method of measuring physical properties of liquid | |
RU2473889C1 (en) | Method of measuring physical quantity | |
CN105051567A (en) | Proximity sensor and method for measuring the distance from an object | |
RU2136010C1 (en) | Method determining parameters of slow-wave structures | |
RU2426099C1 (en) | Device for determination of concentration of substances mixture | |
RU2534747C1 (en) | Measuring device of physical properties of liquid contained in tank | |
RU2536184C1 (en) | Concentration meter | |
RU2136008C1 (en) | Method determining parameters of slow-wave systems | |
RU2691288C1 (en) | Method for measuring inner diameter of metal pipe | |
Nakajima et al. | An improved apparatus for measuring complex viscosity of dilute polymer solutions at frequencies from 2 to 500 kHz | |
RU2152024C1 (en) | Concentration meter | |
RU2372608C1 (en) | Method of measuring moisture content of mixture and sensor to this end | |
Nakajima et al. | New techniques for measuring complex shear viscosity of dilute polymer solutions at frequencies from 2 to 300 khz | |
RU2110805C1 (en) | Method determining input conduction of antenna | |
RU2786527C1 (en) | Method for measurement of physical properties of liquid | |
RU2199731C1 (en) | Device for determination of oil product humidity in pipe line | |
RU2762058C1 (en) | Device for measuring the physical properties of a dielectric liquid | |
RU2302643C2 (en) | Method for testing quadripole parameters and panoramic device for realizing the method | |
Kumar | Measurement of the complex permittivity of lossy fluids at 9 GHz | |
RU2803975C1 (en) | Probe for measuring dielectric constant of dielectric plates using microwave spectroscopy | |
RU2739937C1 (en) | Method for measuring intrinsic q-factor of dielectric resonator | |
RU2767586C1 (en) | Device for measuring inner diameter of metal pipe | |
RU2136009C1 (en) | Process determining dispersion characteristic of regular transmission line under condition of mismatched path by method of fixed phase | |
RU2164021C2 (en) | Device determining concentration of mixture of various substances | |
RU2141117C1 (en) | Method determining dispersion characteristic of regular transmission line under mode of unmatched path |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081205 |