RU2256260C1 - Resonant microwave unit - Google Patents
Resonant microwave unit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2256260C1 RU2256260C1 RU2003129083/09A RU2003129083A RU2256260C1 RU 2256260 C1 RU2256260 C1 RU 2256260C1 RU 2003129083/09 A RU2003129083/09 A RU 2003129083/09A RU 2003129083 A RU2003129083 A RU 2003129083A RU 2256260 C1 RU2256260 C1 RU 2256260C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cavity
- resonator
- plane
- longitudinal axis
- resonator cavity
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к СВЧ технике и может быть использовано в конструкциях резонансных СВЧ блоков на основе цилиндрических резонаторов с Н111 типом колебаний, сопрягаемых с прямоугольными волноводами, в частности, сантиметрового диапазона длин волн в атомно-лучевых стандартах частоты.The invention relates to microwave technology and can be used in the construction of resonant microwave blocks based on cylindrical resonators with H 111 type of oscillation, coupled to rectangular waveguides, in particular, the centimeter wavelength range in atomic beam frequency standards.
Заявляемый резонансный СВЧ блок относится к классу СВЧ устройств на основе объемных резонаторов, широко используемых в СВЧ технике в качестве резонансных элементов колебательных СВЧ систем различного назначения и в СВЧ фильтрах. Их применение аналогично применению колебательных LC контуров в радиотехнике. Оно основано на том, что при существовании электромагнитного поля во внутренней полости резонатора происходит непрерывный обмен между электрической и магнитной составляющими этого поля подобно тому, как в колебательном LC контуре происходит обмен энергией между электрическим полем конденсатора и магнитным полем индуктивности. При этом возможны колебания электрического типа (Emnp) и магнитного типа (Hmnp). Низшим типом магнитных колебаний является Н111 тип колебаний, характеризующийся наибольшей резонансной длиной волны. Этот тип колебаний реализован в заявляемом резонансном СВЧ блоке, выполненном на основе цилиндрического резонатора. Основными параметрами, характеризующими резонансный СВЧ блок, являются резонансная частота и добротность. Резонансная частота - это частота, на которой при прочих равных условиях амплитуда колебаний в полости резонатора достигает наибольшей величины. Добротность характеризует ширину полосы резонансной характеристики на уровне половинной мощности. Добротность зависит от геометрии резонатора и потерь, возникающих при прохождении электромагнитных колебаний. Резонансная частота зависит от размеров резонатора, параметров заполняющей среды и структуры электромагнитного поля. Исходя из этого, перестройку резонансной частоты осуществляют либо изменением длины резонатора, либо изменением его объема (помещая внутрь полости резонатора металлическое тело), либо изменением параметров среды (используя диэлектрическое тело). Связь резонансного СВЧ блока с внешними СВЧ устройствами осуществляется с помощью элементов связи, конструктивные особенности которых определяются назначением блока и конструкцией сопрягаемых с ним внешних СВЧ устройств.The inventive resonant microwave unit belongs to the class of microwave devices based on volume resonators, widely used in microwave technology as resonant elements of oscillating microwave systems for various purposes and in microwave filters. Their use is similar to the use of oscillatory LC circuits in radio engineering. It is based on the fact that when an electromagnetic field exists in the internal cavity of the resonator, there is a continuous exchange between the electric and magnetic components of this field, similar to how energy is exchanged between the electric field of the capacitor and the magnetic field of the inductance in the LC oscillatory circuit. In this case, oscillations of the electric type (E mnp ) and magnetic type (H mnp ) are possible . The lowest type of magnetic oscillation is the H 111 type of oscillation, characterized by the largest resonant wavelength. This type of oscillation is implemented in the inventive resonant microwave unit, made on the basis of a cylindrical resonator. The main parameters characterizing the resonant microwave unit are the resonant frequency and quality factor. The resonant frequency is the frequency at which, ceteris paribus, the amplitude of the oscillations in the cavity of the resonator reaches its maximum value. The quality factor characterizes the bandwidth of the resonant characteristic at half power. The quality factor depends on the geometry of the resonator and the losses arising from the passage of electromagnetic waves. The resonant frequency depends on the size of the resonator, the parameters of the filling medium and the structure of the electromagnetic field. Based on this, the resonant frequency is tuned either by changing the length of the resonator, or by changing its volume (placing a metal body inside the cavity of the resonator), or by changing the parameters of the medium (using a dielectric body). The resonant microwave unit is connected to external microwave devices using communication elements, the design features of which are determined by the purpose of the unit and the design of the external microwave devices mating with it.
Среди резонансных СВЧ блоков на основе цилиндрических резонаторов известен, например, резонансный СВЧ блок с линейной перестройкой резонансной частоты ([1] - US №4178562, Н 03 В 9/06, Н 01 P 7/04, Н 01 P 7/06, опубл.11.12.1979). Данный блок содержит корпус с цилиндрической полостью, замкнутой с двух сторон торцевыми стенками, одна из которых выполнена подвижной с обеспечением возможности продольного перемещения внутри цилиндрической полости, и элемент связи, выполненный в виде петли связи. За счет подвижной стенки в таком блоке реализуется широкий диапазон перестройки резонансной частоты, при этом, однако, характер перестройки грубый. Конструкция блока, в частности наличие в нем одного элемента связи, выполненного в виде петли связи, не предусматривает возможность его применения в волноводных СВЧ трактах.Among resonant microwave blocks based on cylindrical resonators, for example, a resonant microwave block with linear tuning of the resonant frequency is known ([1] - US No. 4178562, Н 03
Известен также резонансный СВЧ блок на основе цилиндрического резонатора с температурной стабилизацией резонансной частоты ([2] - SU №179799, опубл.04.05.1966). Данный блок содержит корпус с цилиндрической полостью, замкнутой с двух сторон торцевыми стенками, в первой из которых выполнен элемент связи в виде отверстия связи, а вторая выполнена подвижной с обеспечением возможности продольного перемещения внутри цилиндрической полости. Подвижная торцевая стенка связана с термокомпенсирующим устройством, изменяющим положение этой стенки внутри цилиндрической полости в зависимости от температуры окружающей среды. Конструкция блока отличается сложностью и не предусматривает возможность применения в волноводных СВЧ трактах.Also known is a resonant microwave unit based on a cylindrical resonator with temperature stabilization of the resonant frequency ([2] - SU No. 179799, publ. 05.04.1966). This unit contains a housing with a cylindrical cavity closed on both sides by end walls, in the first of which a communication element is made in the form of a communication hole, and the second is movable, allowing longitudinal movement inside the cylindrical cavity. The movable end wall is connected with a temperature compensating device that changes the position of this wall inside the cylindrical cavity depending on the ambient temperature. The design of the unit is complex and does not provide for the possibility of application in waveguide microwave paths.
Известен резонансный СВЧ блок на основе цилиндрического резонатора с Н111 типом колебаний, выполняющий функцию колебательного контура в атомном стандарте частоты ([3] - GB №1384809, Н 03 В 3/12, G 01 N 21/24, Н 01 Р 7/06, опубл.19.02.1975). Данный блок содержит корпус с замкнутой двумя торцевыми стенками цилиндрической полостью, образующей полость резонатора с Н111 типом колебаний, элемент связи, выполненный в виде петли связи, и два настроечных винта, служащих для настройки резонансной частоты. Настроечные винты вводятся в полость резонатора со стороны цилиндрической поверхности ортогонально продольной оси резонатора в месте расположения пучности напряжения и изменяют электрическое поле в резонаторе. По сравнению с рассмотренными выше блоками [1] и [2], где для перестройки резонансной частоты используется подвижная торцевая стенка резонатора, конструкция блока [3] с настроечными винтами отличается простотой, при этом характер перестройки резонансной частоты остается грубым. Как и блоки [1], [2], блок [3] не предусматривает применение в волноводных СВЧ трактах.Known resonant microwave unit based on a cylindrical resonator with H 111 type of oscillation, which performs the function of the oscillatory circuit in the atomic frequency standard ([3] - GB No. 1384809, N 03
Аналогичное решение, заключающееся во введении настроечного элемента - металлического стержня в полость резонатора в месте расположения пучности напряжения, описано в книге [4] - “Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры”/ Волгов В.А.// М, Энергия, 1967 (с.483-484).A similar solution, which consists in introducing a tuning element - a metal rod into the cavity of the resonator at the location of the voltage antinode, is described in the book [4] - “Parts and components of electronic equipment” / Volgov V.A.// M, Energy, 1967 (p. 483-484).
Наиболее близким к заявляемому изобретению является резонансный СВЧ блок на основе цилиндрического резонатора с Н111 типом колебаний, описанный в книге [5] -“Конструирование экранов и СВЧ устройств”. / Чернушенко А.М., Петров Б.В., Малорацкий Л.Г. и др. // М.: Радио и связь, 1990 (с.136, рис.5.23б). Этот блок принят в качестве прототипа.Closest to the claimed invention is a resonant microwave unit based on a cylindrical resonator with H 111 type of oscillation described in the book [5] - “Design of screens and microwave devices”. / Chernushenko A.M., Petrov B.V., Maloratsky L.G. et al. // M.: Radio and Communications, 1990 (p. 136, Fig. 5.23b). This unit is adopted as a prototype.
Блок, принятый в качестве прототипа, содержит корпус с замкнутой с двух сторон торцевыми стенками цилиндрической полостью, образующей полость резонатора с H111 типом колебаний. При этом одна из торцевых стенок выполнена подвижной с обеспечением возможности продольного перемещения внутри цилиндрической полости, а в другой (неподвижной) выполнены два элемента связи в виде петель связи.The block adopted as a prototype contains a housing with a cylindrical cavity closed on both sides of the end walls, forming a cavity with an H 111 type of oscillation. In this case, one of the end walls is made movable with the possibility of longitudinal movement inside the cylindrical cavity, and in the other (fixed) two communication elements in the form of communication loops are made.
Наличие двух петель связи - входной и выходной - позволяет подключать блок-прототип к выходу входной СВЧ цепи и входу выходной СВЧ цепи, обеспечивая тем самым возможность выполнения блоком функции резонансного контура, например, в полосно-пропускающем СВЧ фильтре. При этом использование цилиндрического резонатора с H111 типом колебаний позволяет получить наименьшие размеры резонатора при высокой добротности.The presence of two communication loops - input and output - allows you to connect the prototype block to the output of the input microwave circuit and the input of the output microwave circuit, thereby ensuring that the unit can perform the functions of the resonant circuit, for example, in a band-pass microwave filter. In this case, the use of a cylindrical resonator with an H 111 type of oscillation allows one to obtain the smallest resonator dimensions at high quality factor.
Конструктивно корпус блока-прототипа может быть выполнен, например, в виде металлического цилиндрического стакана, дно которого образует неподвижную торцевую стенку, замыкающую полость резонатора снизу. В этой торцевой стенке выполняются указанные петли связи. Вторая торцевая стенка, замыкающая полость резонатора сверху, устанавливается внутри цилиндрического стакана с обеспечением возможности продольного перемещения в нем по типу поршня.Structurally, the body of the prototype block can be made, for example, in the form of a metal cylindrical glass, the bottom of which forms a fixed end wall, which closes the cavity of the resonator from the bottom. In this end wall, said communication loops are made. The second end wall, which closes the cavity of the resonator from above, is installed inside the cylindrical glass with the possibility of longitudinal movement in it like a piston.
Распределение электромагнитного поля внутри полости резонатора определяется его геометрическими размерами, а также конструкцией и расположением петель связи. При этом важной особенностью является неравномерный характер распределения электрической составляющей поля внутри резонатора и тока проводимости по поверхности резонатора, причем пучность напряжения находится в центре резонатора, а через область контакта корпуса с подвижной торцевой стенкой протекает значительная часть поверхностных токов проводимости. В высокодобротном резонаторе это приводит к тому, что настройка резонансной частоты путем подбора положения подвижной торцевой стенки оказывается взаимосвязанной с потерями на переходном сопротивлении в местах контакта корпуса с подвижной торцевой стенкой и с потерями на излучение через неплотности в местах контакта. На практике это приводит к тому, что настройка резонансной частоты высокодобротного резонатора получается резкой и неповторяемой даже на одном конструктивном образце блока.The distribution of the electromagnetic field inside the cavity of the resonator is determined by its geometric dimensions, as well as the design and location of the communication loops. An important feature is the uneven distribution of the electric component of the field inside the resonator and the conduction current over the surface of the resonator, with the voltage antinode located in the center of the resonator, and a significant part of the surface conductivity flows through the contact area of the housing with the movable end wall. In a high-Q resonator, this leads to the fact that tuning the resonant frequency by selecting the position of the movable end wall turns out to be interconnected with losses on the transition resistance at the contact points of the housing with the movable end wall and radiation losses through leaks at the contact points. In practice, this leads to the fact that the tuning of the resonant frequency of the high-Q resonator is sharp and unique even on one structural block model.
Другой особенностью блока-прототипа является сложность его стыковки с волноводами, в частности с прямоугольными волноводами с основной волной типа Н10, из-за сложности сопряжения петель связи с волноводами.Another feature of the prototype unit is the complexity of its connection with the waveguides, in particular with rectangular waveguides with the main wave of the type H 10 , due to the difficulty of coupling the communication loops with the waveguides.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание конструкции малогабаритного высокодобротного резонансного СВЧ блока на основе цилиндрического резонатора с Н111 типом колебаний, в котором обеспечивается плавность настройки резонансной частоты и простота сопряжения с внешними прямоугольными волноводами (например, сантиметрового диапазона длин волн), применяемыми в атомно-лучевых стандартах частоты.The problem to which the claimed invention is directed is to create a small-sized high-quality resonant microwave unit based on a cylindrical resonator with an H 111 type of oscillation, which ensures smooth tuning of the resonant frequency and ease of coupling with external rectangular waveguides (for example, a centimeter wavelength range), used in atomic beam frequency standards.
Сущность изобретения заключается в том, что в резонансном СВЧ блоке, содержащем корпус с замкнутой с двух сторон торцевыми стенками цилиндрической полостью, образующей полость резонатора с Н111 типом колебаний, с двумя элементами связи с внешними СВЧ цепями, в отличие от прототипа элементы связи с внешними СВЧ цепями выполнены в виде щелевидных отверстий связи, расположенных на противоположных плоских боковых сторонах корпуса, параллельных друг другу и продольной оси полости резонатора и предназначенных для присоединения внешних прямоугольных волноводов, причем продольные оси отверстий связи лежат в первой плоскости, проходящей через продольную ось полости резонатора перпендикулярно этим боковым сторонам, а их центры - на пересечении указанной первой плоскости с второй плоскостью, совпадающей с плоскостью поперечной симметрии полости резонатора, при этом по крайней мере в одной из торцевых стенок параллельно продольной оси полости резонатора размещен по меньшей мере один настроечный электропроводящий стержень, служащий для изменения объема полости резонатора в процессе настройки резонансной частоты путем введения внутрь полости резонатора, располагающийся в пределах круговой зоны с диаметром, равным D/4, где D - диаметр полости резонатора, и центром, находящимся на пересечении указанной первой плоскости с плоскостью торцевой стенки на расстоянии L от продольной оси полости резонатора, где L=3D/8.The essence of the invention lies in the fact that in a resonant microwave unit containing a housing with a cylindrical cavity closed on both sides of the end walls, forming a cavity of a resonator with an H 111 type of oscillation, with two communication elements with external microwave circuits, in contrast to the prototype, communication elements with external Microwave circuits are made in the form of slit-like communication holes located on opposite flat lateral sides of the housing, parallel to each other and the longitudinal axis of the cavity of the resonator and designed to connect external directly of hollow waveguides, the longitudinal axis of the communication holes lying in the first plane passing through the longitudinal axis of the cavity of the resonator perpendicular to these lateral sides, and their centers at the intersection of the indicated first plane with the second plane coinciding with the plane of transverse symmetry of the cavity of the resonator, at least in one of the end walls parallel to the longitudinal axis of the cavity of the resonator is placed at least one tuning conductive rod, which serves to change the volume of the cavity of the resonator in the process of tuning the resonant frequency by introducing into the cavity of the resonator located within a circular zone with a diameter equal to D / 4, where D is the diameter of the cavity of the resonator, and the center located at the intersection of the first plane with the plane of the end wall at a distance L from the longitudinal axis of the cavity resonator, where L = 3D / 8.
Сущность заявляемого изобретения и возможность его осуществления поясняются схематическими чертежами, представленным на фиг.1-3, иллюстрирующими пример конструктивного выполнения изобретения в одном из возможных вариантов реализации.The essence of the claimed invention and the possibility of its implementation are illustrated by the schematic drawings shown in figures 1-3, illustrating an example of a structural embodiment of the invention in one of the possible embodiments.
На фиг.1 представлен схематический чертеж заявляемого резонансного СВЧ блока с присоединенными внешними прямоугольными волноводами - вид спереди в разрезе;Figure 1 presents a schematic drawing of the inventive resonant microwave unit with attached external rectangular waveguides - front view in section;
на фиг.2 - то же, вид сбоку в разрезе;figure 2 is the same, side view in section;
на фиг.3 - то же, вид сверху с частичным разрезом.figure 3 is the same, a top view with a partial section.
В представленных на фиг.1-3 схематических чертежах крестиками (фиг.1) и пунктирными линиями со стрелками (фиг.2, 3) условно показано распределение электрических составляющих электромагнитного поля внутри полости резонатора. Продолжение этих пунктирных линий со стрелками по поверхности полости резонатора характеризует распределение внутренних поверхностных токов проводимости (на фиг.1-3 не показано).In the schematic drawings shown in FIGS. 1-3, crosses (FIG. 1) and dashed lines with arrows (FIGS. 2, 3) conditionally show the distribution of electrical components of the electromagnetic field inside the cavity of the resonator. The continuation of these dashed lines with arrows along the surface of the cavity of the resonator characterizes the distribution of the internal surface conduction currents (not shown in Figs. 1-3).
Заявляемый резонансный СВЧ блок в рассматриваемом примере (фиг.1-3) содержит выполненный в форме прямоугольного параллелепипеда корпус 1 с замкнутой с двух сторон торцевыми стенками 2 и 3 цилиндрической полостью 4, образующей полость резонатора с H111 типом колебаний. Нижняя торцевая стенка 2 выполнена за одно целое с корпусом 1. Верхняя торцевая стенка 3 закреплена на корпусе 1 подобно крышке с помощью винтов 5. Продольная ось 6 полости резонатора (т.е. продольная ось цилиндрической полости 4) перпендикулярна торцевым стенкам 2, 3 и параллельна боковым сторонам корпуса 1. Корпус 1 с торцевыми стенками 2, 3 выполнен из электропроводящего материала, например из алюминиевого сплава или латуни.The inventive resonant microwave unit in the considered example (Figs. 1-3) comprises a
Две противоположные боковые стороны 7 и 8 корпуса 1 предназначены для присоединения внешних прямоугольных волноводов 9 и 10 (с Н10 типом колебаний). Закрепление волноводов 9, 10 на боковых сторонах 7, 8 корпуса 1 осуществляется с помощью винтов 11.Two opposite lateral sides 7 and 8 of the
Для связи с прямоугольными волноводами 9 и 10 в заявляемом резонансном СВЧ блоке применены элементы связи, выполненные в виде щелевидных отверстий связи 12 и 13, расположенных на боковых сторонах 7 и 8 так, что их продольные оси лежат в первой плоскости 14, проходящей через продольную ось 6 полости резонатора перпендикулярно боковым сторонам 7 и 8, а их центры - на линии пересечения первой плоскости 14 и второй плоскости 15, совпадающей с плоскостью поперечной симметрии полости резонатора. Продольный размер (длина) отверстий связи 12, 13 выбирается преимущественно в диапазоне, определяемом выражением λ/8≤α≤λ/4, где λ - длина волны на резонансной частоте резонатора, α - длина отверстий связи (фиг.2). При этом учитывается, что увеличение длины отверстий связи 12, 13 приводит к уменьшению потерь в полосе пропускания, но, однако, сопровождается уменьшением добротности.For communication with
По отношению к отверстиям связи 12 и 13 прямоугольные волноводы 9 и 10 располагаются так, что их продольные оси 16 проходят через центры отверстий связи (т.е. находятся на линии пересечения первой 14 и второй 15 плоскостей), а их широкие стенки располагаются параллельно длинным сторонам отверстий связи. Такое расположение прямоугольных волноводов 9 и 10 обеспечивает их наилучшее согласование с заявляемым резонансным СВЧ блоком. Поскольку заявляемый резонансный СВЧ блок является ненаправленным, любой из указанных волноводов 9, 10 может выполнять функцию “входного” или “выходного” волновода.With respect to the
Для настройки резонансной частоты по крайней мере в одной торцевой стенке - в рассматриваемом примере в торцевой стенке 2 - параллельно продольной оси 6 полости резонатора установлен по меньшей мере один настроечный электропроводящий стержень - в рассматриваемом примере резьбовой стержень 17.To adjust the resonant frequency in at least one end wall — in the example under consideration, in the
Резьбовой стержень 17 располагается в пределах круговой зоны 18 с диаметром d=D/4, где D - диаметр полости резонатора (т.е. диаметр цилиндрической полости 4), и центром, находящимся на пересечении плоскости 14 с плоскостью торцевой стенки 2 на расстоянии L от продольной оси полости резонатора, где L = 3D/8. В рассматриваемом примере резьбовой стержень 17 располагается в зоне 18, которая находится вблизи отверстия связи 13 (фиг.3).The threaded
Резьбовой стержень 17 служит для изменения объема полости резонатора в процессе настройки резонансной частоты путем перемещения (ввертывания) внутрь полости резонатора. Предел перемещения резьбового стержня 17 внутрь полости резонатора выбирается в пределах расстояния α1, соответствующего расстоянию между внутренней поверхностью торцевой стенки 2 и нижней кромкой отверстия связи 13 (фиг.2). Для фиксации положения резьбового стержня 17 после настройки резонансной частоты может применяться фиксирующая наружная гайка (на фиг.1-3 не показана).The threaded
Рассмотренный пример выполнения заявляемого резонансного СВЧ блока с одним настроечным электропроводящим стержнем - резьбовым стержнем 17 – относится к случаю, когда по условиям применения достаточно небольшого диапазона перестройки резонансной частоты - в пределах 0,5÷1,0%. Величина диапазона перестройки зависит при этом от диаметра резьбового стержня 17 и места его расположения в пределах зоны 18. Например, приближение резьбового стержня 17 к продольной оси 6 полости резонатора увеличивает диапазон перестройки, а удаление от нее уменьшает диапазон перестройки, при этом, однако, увеличивается плавность перестройки.The considered example of the implementation of the inventive resonant microwave unit with one tuning conductive rod - a threaded rod 17 - refers to the case when, under the conditions of application, a sufficiently small range of tuning of the resonant frequency is within 0.5 ÷ 1.0%. The magnitude of the adjustment range depends on the diameter of the threaded
В случаях, когда требуется увеличение диапазона перестройки, увеличивают количество настроечных электропроводящих стержней. Всего в заявляемом резонансном СВЧ блоке существуют четыре зоны 18, в которых возможно размещение настроечных электропроводящих стержней - по две в каждой из торцевых стенок 2 и 3 вблизи отверстий связи 12 и 13. Естественно, что количество настроечных электропроводящих стержней, могущих располагаться в одной зоне 18, ограничивается конструктивными факторами - соотношением их диаметров.In cases where an increase in the tuning range is required, the number of tuning conductive rods is increased. In total, in the inventive resonant microwave unit there are four
Предложенные расположение и размеры зон 18 определены экспериментально исходя из возможности выполнения практических требований по обеспечению плавности и воспроизводимости перестройки резонансной частоты, что важно, например, для резонансных СВЧ блоков, используемых в прямоугольных волноводных СВЧ трактах атомно-лучевых стандартов частоты.The proposed arrangement and sizes of
Эффект повышения плавности перестройки резонансной частоты, получаемый в заявляемом резонансном СВЧ блоке, объясняется следующим. Внутри резонатора заявляемого резонансного СВЧ блока, включенного, например, в разрыв прямоугольного волноводного СВЧ тракта сантиметрового диапазона длин волн, имеет место характерное неравномерное распределение электромагнитного поля, обусловленное расположением и формой отверстий связи 12 и 13. Особенностью этого распределения является то, что максимум напряженности электрических составляющих электромагнитного поля находится в центре резонатора (на фиг.1 отмечено условно крестиками, а на фиг.2 и 3 - пунктирными линиями со стрелками), а минимум - как раз над зонами 18 предложенных размеров и размещения. Из анализа поверхностного распределения токов проводимости также следует, что предложенное расположение зон 18 соответствует области минимальных поверхностных токов проводимости. Таким образом, установленный в зоне 18 настроечный электропроводящий стержень (резьбовой стержень 17) находится в области, характеризующейся минимальной напряженностью электрической составляющей электромагнитного поля и минимальными поверхностными токами проводимости. Такое размещение настроечного электропроводящего стержня минимизирует зависимость добротности и коэффициента ослабления в полосе пропускания от электрического контакта между настроечным электропроводящим стержнем и торцевой стенкой, обеспечивает плавность настройки резонансной частоты и высокую степень повторяемости амплитудно-частотных характеристик.The effect of increasing the smoothness of the tuning of the resonant frequency obtained in the inventive resonant microwave unit is explained as follows. Inside the resonator of the inventive resonant microwave unit, included, for example, in the gap of a rectangular waveguide microwave path of the centimeter wavelength range, there is a characteristic uneven distribution of the electromagnetic field due to the location and shape of the communication holes 12 and 13. A feature of this distribution is that the maximum electric the components of the electromagnetic field is located in the center of the resonator (in Fig. 1 it is conventionally marked with crosses, and in Figs. 2 and 3 by dashed lines with arrows), and at least just above the zones of 18 proposed sizes and locations. From the analysis of the surface distribution of conduction currents, it also follows that the proposed arrangement of
Данная особенность заявляемого резонансного СВЧ блока (размещение настроечного электропроводящего стержня в области, характеризующейся минимальной напряженностью электрической составляющей поля внутри резонатора и минимальными поверхностными токами проводимости) принципиально отличает заявляемый резонансный СВЧ блок от известных решений [3] и [4], где аналогичный настроечный элемент располагается в области с максимальной напряженностью электрической составляющей поля.This feature of the inventive resonant microwave unit (placement of the tuning conductive rod in the region characterized by the minimum electric field component inside the resonator and the minimum surface conductivity currents) fundamentally distinguishes the inventive resonant microwave unit from the known solutions [3] and [4], where a similar tuning element is located in the area with maximum electric field strength.
Достоинствами заявляемого резонансного СВЧ блока также являются малые потери в полосе пропускания, высокая добротность (от 1000 до 4000), простота и удобство включения его в место разрыва прямоугольного волноводного СВЧ тракта. Последнее обеспечивается, в частности, малыми размерами блока, соизмеримыми с поперечными размерами присоединяемых к нему волноводов, и отсутствием необходимости какого-либо дополнительного согласования подключаемых элементов волноводного СВЧ тракта.The advantages of the inventive resonant microwave unit are also small losses in the passband, high quality factor (from 1000 to 4000), simplicity and convenience of including it in the place of rupture of a rectangular waveguide microwave path. The latter is ensured, in particular, by the small size of the block, commensurate with the transverse dimensions of the waveguides connected to it, and the absence of the need for any additional coordination of the connected elements of the microwave waveguide path.
Работоспособность заявляемого резонансного СВЧ блока проверена на опытном образце в условиях включения в прямоугольный волноводный СВЧ тракт цезиевого атомно-лучевого стандарта частоты. Опытный образец выполнен из алюминиевого сплава, имеет корпус в форме прямоугольного параллелепипеда, в котором выполнена цилиндрическая резонансная полость, замкнутая торцевыми крышками. Щелевидные отверстия связи расположены на противоположных боковых сторонах. Диаметр и длина резонансной полости составляют примерно 25 мм, длина и ширина отверстий связи - соответственно 6 мм и 1 мм. Полость резонатора посеребрена и отполирована. Размеры широкой и узкой стенок присоединяемых прямоугольных волноводов составляют соответственно 23 мм и 10 мм. Для настройки резонансной частоты (Fрез=9192 МГц) применен один резьбовой стержень с диаметром 4 мм, установленный в нижней торцевой стенке. Центр резьбового стержня расположен на расстоянии 9,5 мм от продольной оси полости резонатора на пересечении плоскости торцевой стенки с плоскостью, проходящей через продольную ось полости резонатора перпендикулярно боковым сторонам с отверстиями связи. Диапазон перестройки резонансной частоты составляет примерно 0,5%, что вполне достаточно для указанных условий применения. Значение добротности - 1500.The performance of the inventive resonant microwave unit was tested on a prototype in the conditions of inclusion in a rectangular waveguide microwave path of a cesium atomic-beam frequency standard. The prototype is made of aluminum alloy, has a body in the form of a rectangular parallelepiped, in which a cylindrical resonant cavity is closed, closed by end caps. Slit-like communication holes are located on opposite sides. The diameter and length of the resonance cavity are approximately 25 mm; the length and width of the communication holes are 6 mm and 1 mm, respectively. The cavity of the resonator is silver plated and polished. The dimensions of the wide and narrow walls of the attached rectangular waveguides are 23 mm and 10 mm, respectively. To adjust the resonance frequency (F res = 9192 MHz) is applied one threaded rod with a diameter of 4 mm, mounted in the lower end wall. The center of the threaded rod is located at a distance of 9.5 mm from the longitudinal axis of the cavity of the resonator at the intersection of the plane of the end wall with the plane passing through the longitudinal axis of the cavity of the resonator perpendicular to the sides with communication holes. The tuning range of the resonant frequency is approximately 0.5%, which is quite sufficient for the indicated conditions of use. The figure of merit is 1500.
Рассмотренное показывает, что заявляемое изобретение осуществимо и решает поставленную задачу по созданию конструкции малогабаритного высокодобротного резонансного СВЧ блока на основе цилиндрического резонатора с Н111 типом колебаний, в котором обеспечивается плавность настройки резонансной частоты и простота сопряжения с внешними прямоугольными волноводами (например, сантиметрового диапазона длин волн), применяемыми в атомно-лучевых стандартах частоты.The above shows that the claimed invention is feasible and solves the problem of creating the design of a compact high-quality resonant microwave unit based on a cylindrical resonator with an H 111 type of oscillation, which ensures smooth tuning of the resonant frequency and ease of coupling with external rectangular waveguides (for example, a centimeter wavelength range ) used in atomic beam frequency standards.
Источники информацииSources of information
1. US №4178562, Н 03 В 9/06, H 01 P 7/04, H01P 7/06, опубл.11.12.1979.1. US No. 4178562, H 03
2. SU №179799, H 03 j (21a4, 70), опубл.04.05.1966.2. SU No. 179799, H 03 j (21a 4 , 70), publ. 04.04.1966.
3. GB №1384809, Н 03 В 3/12, G 01 N 21/24, H 01 P 7/06, опубл.19.02.1975.3. GB No. 1384809, H 03
4. Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры. /Волгов В.А. //М., Энергия, 1967, с.483-484.4. Details and components of electronic equipment. / Volgov V.A. // M., Energy, 1967, p. 483-484.
5. Конструирование экранов и СВЧ устройств. /Чернушенко А.М., Петров Б.В., Малорацкий Л.Г. и др. //М.: Радио и связь, 1990, с.136, рис. 5.23б (прототип).5. Designing screens and microwave devices. / Chernushenko A.M., Petrov B.V., Maloratsky L.G. and others // M .: Radio and communication, 1990, p.136, fig. 5.23b (prototype).
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003129083/09A RU2256260C1 (en) | 2003-09-29 | 2003-09-29 | Resonant microwave unit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003129083/09A RU2256260C1 (en) | 2003-09-29 | 2003-09-29 | Resonant microwave unit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003129083A RU2003129083A (en) | 2005-04-10 |
| RU2256260C1 true RU2256260C1 (en) | 2005-07-10 |
Family
ID=35611117
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003129083/09A RU2256260C1 (en) | 2003-09-29 | 2003-09-29 | Resonant microwave unit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2256260C1 (en) |
-
2003
- 2003-09-29 RU RU2003129083/09A patent/RU2256260C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ЧЕРНУШЕНКО А.М. и др. Конструирование экранов и СВЧ устройств. М.: "Радио и связь", 1990, с.136. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2003129083A (en) | 2005-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5714919A (en) | Dielectric notch resonator and filter having preadjusted degree of coupling | |
| US3973226A (en) | Filter for electromagnetic waves | |
| Memarian et al. | Quad-mode and dual-mode dielectric resonator filters | |
| CA2313925A1 (en) | Tunable bandpass filter | |
| AU4294693A (en) | Microwave resonator | |
| US20220271410A1 (en) | Resonator apparatus, filter apparatus as well as radio frequency and microwave device | |
| CA2286997A1 (en) | General response dual-mode, dielectric resonator loaded cavity filter | |
| JP2007502088A (en) | Mounting mechanism for high performance dielectric resonator circuits. | |
| EP0764996B1 (en) | Dielectric resonator capable of varying resonant frequency | |
| US6784768B1 (en) | Method and apparatus for coupling energy to/from dielectric resonators | |
| US6396366B1 (en) | Coaxial cavity resonator | |
| US20060132264A1 (en) | Temperature compensation of resonators using different materials for housing and inner conductor as well as suitable dimensions | |
| Kobayashi et al. | A low-loss bandpass filter using electrically coupled high-Q TM/sub 01 delta/dielectric rod resonators | |
| US4673894A (en) | Oscillator coupled through cylindrical cavity for generating low noise microwaves | |
| RU2256260C1 (en) | Resonant microwave unit | |
| RU2740684C1 (en) | Tunable band-stop (rejection) waveguide filter | |
| US3008102A (en) | Cavity resonator methods and apparatus | |
| JP3606274B2 (en) | Dielectric resonator, dielectric filter | |
| JP3848860B2 (en) | Planar circuit with cavity resonator | |
| JP5409323B2 (en) | Dielectric resonator and high frequency filter using the same | |
| WO2023237183A1 (en) | Tunable resonator arrangement, tunable frequency filter and method of tuning thereof | |
| JP3376716B2 (en) | Dielectric resonator, dielectric notch filter and dielectric filter | |
| RU2287211C1 (en) | Microwave cavity resonator | |
| JP3570417B2 (en) | Dielectric notch filter | |
| Dal Lago et al. | A Simple Solution for High Performance, Cost-Effective Filtering: A New Technique Widens the Tuning Range of TM-mode Dielectric Resonator Filters |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180930 |