RU2231178C1

RU2231178C1 - Process of adjustment of cylindrical cavity resonator with oscillation e010

Info

Publication number: RU2231178C1
Application number: RU2002126040/09A
Authority: RU
Inventors: Д.А. Дмитриев (RU); Д.А. Дмитриев
Original assignee: Тамбовский военный авиационный инженерный институт
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-06-20
Also published as: RU2002126040A

Abstract

FIELD: radio engineering.

SUBSTANCE: invention refers to adjustment of cavity resonators and can find use in SHF measurement equipment, radio measuring equipment, retuned SHF generators. Technical result of invention consists in expanded range of adjustment with preservation of high level of Q-factor, without filtration of high types of oscillation in cylindrical cavity resonator. Process lies in insertion of well conducting nonuniformity into cavity of cylindrical cavity resonator, dimensions of cavity of cylindrical cavity resonator changes by alteration of length thanks to movement of short-circuited piston. Dielectric with little losses attached to bottom of short-circuited piston is positioned in cavity horizontally.

EFFECT: expanded adjustment range with preservation of high level of Q-factor.

1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к способам перестройки объемных резонаторов и может быть использовано в технике СВЧ измерений и в радиоизмерительной аппаратуре, в частности в перестраиваемых генераторах СВЧ.The present invention relates to methods for tuning surround resonators and can be used in the microwave measurement technique and in radio measuring equipment, in particular in tunable microwave generators.

Известен способ перестройки коаксиального объемного резонатора путем изменения его длины за счет перемещения короткозамкнутого поршня (см. Будурис Ж., Шеневье П. Цепи свервысоких частот. - М.: Советское радио. 1979, с.89, рис. 4.2.1).There is a method of tuning a coaxial cavity resonator by changing its length due to the movement of a short-circuited piston (see Buduris J., Schenevier P. Chains of very high frequencies. - M.: Soviet radio. 1979, p. 89, Fig. 4.2.1).

Недостаток - низкая добротность, за счет чего - невысокая стабильность частоты перестраиваемого генератора СВЧ.The disadvantage is low quality factor, due to which there is a low frequency stability of the tunable microwave generator.

Известен способ перестройки цилиндрического объемного резонатора с колебанием E₀₁₀, принятый за прототип (см. Кугушев А.М., Голубева Н.С. Основы радиоэлектроники. - М.: Энергия. 1969, с.313). Способ заключается в введении в резонатор хорошо проводящей неоднородности, например металлического штыря или пластины, а также путем деформации стенки резонатора. При этом введение в область максимального электрического поля идеально проводящего тела уменьшает резонансную частоту резонатора, а помещение такого тела в область максимального магнитного поля - увеличивает ее.A known method of tuning a cylindrical volume resonator with an oscillation E ₀₁₀ , adopted as a prototype (see Kugushev AM, Golubeva NS Fundamentals of radio electronics. - M.: Energy. 1969, p.313). The method consists in introducing into the resonator a well-conducting inhomogeneity, for example, a metal pin or plate, as well as by deformation of the cavity wall. In this case, the introduction of a perfectly conducting body into the region of the maximum electric field reduces the resonant frequency of the resonator, and placing such a body in the region of the maximum magnetic field increases it.

Недостатками такого способа являются неширокий диапазон перестройки цилиндрического объемного резонатора (ЦОР); значительное по величине введение неоднородности уменьшает добротность колебания Е₀₁₀.The disadvantages of this method are the narrow range of tuning of the cylindrical volume resonator (COR); significant in the introduction of heterogeneity reduces the quality factor of the oscillations E ₀₁₀ .

Предлагаемое изобретение направлено на расширение диапазона перестройки с сохранением высокой добротности, без необходимости фильтрации высших типов колебаний в ЦОР.The present invention is aimed at expanding the tuning range while maintaining high quality, without the need for filtering higher types of vibrations in the center.

Данный технический результат достигается тем, что в способе перестройки цилиндрического объемного резонатора с колебанием Е₀₁₀, заключающемся в введении хорошо проводящей неоднородности в полость цилиндрического объемного резонатора, размеры полости цилиндрического объемного резонатора изменяют путем изменения длины за счет перемещения короткозамкнутого поршня, при этом в полость горизонтально помещают диэлектрик с малыми потерями, крепящийся к днищу короткозамкнутого поршня.This technical result is achieved by the fact that in the method of tuning a cylindrical volume resonator with an oscillation E ₀₁₀ , which consists in introducing a well-conducting inhomogeneity into the cavity of the cylindrical volume resonator, the dimensions of the cavity of the cylindrical volume resonator are changed by changing the length by moving the short-circuited piston, while horizontally into the cavity a low-loss dielectric is attached to the bottom of the squirrel-cage piston.

На фиг.1 представлена схема реализации способа. На схеме показаны ЦОР 1 с короткозамкнутым поршнем 2, горизонтально расположенный диэлектрик 3 с малыми потерями, крепящийся к днищу короткозамкнутого поршня 2.Figure 1 presents a diagram of the implementation of the method. The diagram shows a COR 1 with a short-circuited piston 2, a low-loss dielectric 3 horizontally mounted to the bottom of the short-circuited piston 2.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. Как известно, резонансная частота колебания Е₀₁₀ пустого ЦОР f₀ не зависит от длины 1, а зависит только от радиуса а резонатора:The essence of the invention is as follows. As you know, the resonant frequency of the oscillation E _{010 of the} empty CRF f ₀ does not depend on length 1, but depends only on the radius a of the resonator:

где ε₀ и μ₀ - диэлектрическая и магнитная проницаемости вакуума, а - радиус ЦОР.where ε ₀ and μ ₀ are the dielectric and magnetic permeabilities of the vacuum, and is the radius of the center.

При полном заполнении ЦОР диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε_д резонансная частота колебания Е₀₁₀ полностью заполненного ЦОР fзап:When the CRF is completely filled with a dielectric with a permittivity ε _{d, the} resonance frequency of the oscillation Е _{010 of the} completely filled CRF fsap:

Т.о., если нормированное отношение h/l диэлектрика с малыми потерями (при условии постоянства длины 1 резонатора), помещенного горизонтально в полости ЦОР, изменять от значения h/l=0 до значения h/l=1, резонансная частота колебания Е₀₁₀ ЦОР

будет изменяться от значения f₀ до значения fзап.Thus, if the normalized ratio h / l of the dielectric with low losses (provided that the length of the resonator is constant 1), placed horizontally in the center of the center, change from h / l = 0 to h / l = 1, the resonance frequency of oscillation E ₀₁₀

will vary from the value of f ₀ to the value of fzap.

Резонансная частота колебания E₀₁₀ ЦОР

будет изменяться и при изменении длины l (уровень h диэлектрика - постоянен), так как в этом случае нормированное отношение h/l также изменяется. Резонансная частота колебания Е₀₁₀ ЦОР

рассчитанная методом эквивалентных параметров (см. СВЧ объемные резонаторы в качестве измерительных преобразователей состава и свойств специальных жидких сред. Дмитриев Д.А., Суслин М.А., Кораблев И.В. // Заводская лаборатория. 1996. №2. С.14-16), имеет вид:Resonant oscillation frequency E ₀₁₀ DSC

will also change with changing length l (the dielectric level h is constant), since in this case the normalized ratio h / l also changes. Resonant oscillation frequency E ₀₁₀ DSC

calculated by the method of equivalent parameters (see microwave volume resonators as measuring transducers of the composition and properties of special liquid media. Dmitriev D.A., Suslin M.A., Korablev I.V. // Factory Laboratory. 1996. No. 2. S. 14-16), has the form:

Т.о., как видно из (1), путем изменения длины цилиндрического объемного резонатора можно изменять резонансную частоту колебания Е₀₁₀. Если ЦОР выполнить достаточно "коротким", то отпадает необходимость в фильтрации высших колебаний, так как резонансная частота колебания Е₀₁₀ будет самой низкой. Увеличение нормированного отношения h/l будет приводить к увеличению добротности за счет увеличения запаса энергии в диэлектрике с малыми потерями. В качестве такого диэлектрика можно выбрать плавленный кварц, лейкосапфир и т.д. Простая структура электрического поля колебания Е₀₁₀ (электрические силовые линии начинаются на одной и заканчиваются на другой торцевой стенке), а также то, что поле сосредоточено у оси резонатора, является удобным при организации обратной связи в генераторах СВЧ с внутренней обратной связью (например, на лавино-пролетном диоде, диоде Ганна). А так как добротность колебания Е₀₁₀ выше, чем добротность колебания типа ТЕМ в коаксиальном резонаторе, то стабильность частоты перестраиваемого по частоте генератора СВЧ на основе ЦОР с колебанием E₀₁₀ будет выше, чем на основе коаксиального резонатора.Thus, as can be seen from (1), by changing the length of the cylindrical volume resonator, it is possible to change the resonant frequency of the oscillation E ₀₁₀ . If the CRS is made sufficiently "short", then there is no need to filter higher vibrations, since the resonant frequency of the oscillation E ₀₁₀ will be the lowest. An increase in the normalized ratio h / l will lead to an increase in the quality factor due to an increase in the energy reserve in the dielectric with low losses. As such a dielectric, you can choose fused silica, leucosapphire, etc. The simple structure of the electric field of the oscillation E ₀₁₀ (electric lines of force begin on one and end on the other end wall), as well as the fact that the field is concentrated on the axis of the resonator, is convenient when organizing feedback in microwave generators with internal feedback (for example, avalanche-span diode, Gunn diode). And since the Q factor of the E ₀₁₀ oscillation is higher than the Q factor of the TEM type in the coaxial resonator, the frequency stability of the frequency-tunable microwave generator based on the DOC with the E ₀₁₀ oscillation will be higher than that based on the coaxial resonator.

Claims

A method of tuning a cylindrical volume resonator with an oscillation E ₀₁₀ , which consists in maintaining a well-conducting inhomogeneity in the cavity of the cylindrical volume resonator, characterized in that the well-conducting inhomogeneity is made in the form of a short-circuited piston, the dimensions of the cavity of the cylindrical volume resonator are changed by changing the length by moving the short-circuited piston, at the same time, a low-loss dielectric is horizontally placed in the cavity, which is attached to the bottom of the short-circuited piston.