Устройство для измерения характеристик электромагнитного поля открытого резонатора

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗ№РЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ОТКРЫТОГО PEcfOHATOPA по авт.СВ. № 710006, .отличающееся тем, что, с целью повышения точности при измерении характеристик электромагнитного поля в любом его сечении, перпендикулярном оси открытого резонатора, вве- . ден одномодовый диэлектрический волновод , . выполненный в виде пластины из однородного изотропного материала , которая установлена перпендикулярно оси открытого резонатора и соединена с первым и вторьзм излучателями , пробный зонд размещен внутри, указанной пластийы в точке пересечения.электрический осей первого и второго излучателей, а также ,введен механизм сканирования открытого резонатора в плоскостях, параллельных плоскости пластины, при этом размеры пластины не менее чем р два раза превышает зону сканирования открытого резонатора. XL

СОЮЗ СОВЕТСНИХ чаи

РЕСПУБЛИН (1И (И) %59 Gr 01 29 08 (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ";

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ (61) 710006 (21 ) 3491445/18-09 (22) 08.09.82 (46) 23.12.83. Вюл.947 (72) A.A. Вертий, И.В. Иванченко и В.П. Шестопалов (71) Ордена Трудового Красного Знамени институт радиофизики и электроники АН Украинской ССР (53) 621.317.328(088.8) (56) 1.-Авторское свидетельство СССР

Р 710006, кл. 6 01 К 29/08, 1978 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ

ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО

ПОЛЯ ОТКРЫТОГО РЕЗОНАТОРА по авт.св. Р 710006, .о т л и ч а ющ е е с я . тем, что, с целью повышения точности при измерении характеристик электромагнитного поля в любом его сечении, перпендикулярном оси открытого резонатора, введен одномодовый диэлектрический вол- новод,,выполненный в виде пластины из однородного изотропного материала, которая установлена перпендикулярно оси открытого резонатора и соединена с первым и вторым излучателями, пробный зонд размещен внутри указанной пластины в точке пересечения, электрический осей первого и второго излучателей, а также введен механизм сканирования открытого резонатора в плоскостях, параллельных плоскости пластины, при этом размеры пластины не менее чем @

Ф в два раза превышает зону сканирования открытого резонатора.

1062619

Изобретение относится к технике измерений в диапазоне миллиметровых и субмиллиметровых длин волн и может использоваться для исследования полей в резонансных ячейках вакуумных и твердотелых генераторов, радиоспектрометрах, а также для изуче. ния электромагнитных и магнитно-физических .свойств материалов и вериг ществ резонансными методами.

По основному авт.св. 9 710006 известно устройство для измерения характеристик электромагнитного поля открытого резонатора, содержащее источник СВЧ колебаний, связанные с ним открытый резонатор и два 15 опорных канала с первым и вторым излучателями, пробный зонд, помещенный в поле открытого резонатора, фазовый модулятор, включенный в цепь запитки открытого резонатора, разделитель поляризации, подключенный к выходу открытого резонатора, два детектора, выходы которых подключены к соответствующим плечам разделителя поляризации, а выхоцы — через идентичные резонансные усилители к двухкоординатному регистратору (1 .

Однако известное устройство не позволяет измерять с высокой точностью характеристики электромагнит- > ного поля открытого резонатора в любом его сечении; расположенном перпендикулярно оси открытого резонатора.

Цель изобретения — повышение точности при измерении характеристик электромагнитного поля в,любом его сечении, перпендикулярном оси открытого резонатора.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения характеристик электромагнитного поля открытого резонатора, содержащее пробный зонд, установленный в исследуемом открытом резонаторе, СВЧ генератор, подключенный к первому излучателю, и первый детектор, соединен- 45 ный через первый резОнансный усилитель с регистратором, а также второй излучатель, подключенный к СВЧ генератору, фазовый модулятор, включенный-., между выходом СВЧ генератора и входом .. 50 открытого резонатора, разделитель поляризации, вход которого соединен с выходом открытого резонатора, к одному из его выходов подключен первый детектор а между другим его 55 выходом и вторым входом регистратора введены последовательно соединенные второй детектор и второй резонансный усилитель, введен одномодовый диэлектрический волновод, выполненный в виде пластины из однородного изо-. тропного .материала, которая установлена перпендикулярно оси открытого резонатора,и соединена с первым и вторым излучателями, пробный зонд размещен внутри указанной пластины 65 в точке пересечения электрических осей первого и второго излучателей, а также введен механизм сканирования открытого резонатора в плоскостях, параллельных плоскости пластины, при этом размеры пластины не менее чем в два раза превиаают зону сканирования открытого резонатора.

На чертеже приведена конструкция устройства для измерения характеристик электромагнитного поля открытого резонатора.

Устройство для измерения характеристик электромагнитного поля открыто. го резонатора содержит СВЧ генератор

1, пробный зонд 2, установленный внутри одномодового диэлектрического волновода, выполненного в виде пластины 3 из однородного изотропного материала, первый и второй излучатели 4 и 5, фазовый модулятор 6,, направленный ответвитель 7, двойной волноводный тройник 8, первый и второй детекторы 9 и 10, первый и второй резонансные усилители. 11 и 12, регист-ратор 13, а также механизм 14 сканирования открытого резонатора 15.

Устройство для измерения характеристик электромагнитного поля открытого резонатора работает следующим образом.

Сигнал с выхода СВЧ генератора 1 через направленный ответвитель 7, фазовый модулятор б и элемент связи одного иэ зеркал открытого резонатора 15 поступает в исследуемый объем открытого резонатора 15, с помощью ,механизма 14 сканирования открытый резонатор 15 настраивается на любой из типов колебаний, представляющий практический интерес для исследователя с точки зрения пространственной структуры электромагнитного поля, величины потерь и др. Другая часть сигнала СВЧ .генератора 1 через двойной волноводный тройник 8 поступает к первому и второму излучателям

4 и 5 и возбуждает в одномодовом диэлектрическом волноводе, помещенном в область анализа, две, распро". страняющиеся ортогонально друг дру гу, основные кросс-поляризованные моды Н-типа. В области нарушения регулярности одномодового диэлектри-ческого волновода - в точке положения пробного зонда 2, происходит преобразование волноводных волн в волны излучения.

Таким образом, в объеме открытого резонатора 15 одновременно присутствуют два элемента возбуждения элемент связи на одном из зеркал открытого резонатора 15 и пробный зонд 2 (изотропный к поляризации электромагнитного поля), причем при выполнении резонансных условиь оба возбудителя возбуждают один

1062619

Тираж 710 Подписное

Филиал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектная,4 и тот же тип колебания, соответствующий данной геометрии открытого резонатора 15. При этом вектор элект. рического поля, везбуждающего открытый резонатор 15 через элемент связи одного из зеркал, ориентирован под углом 45О относительно векторов электрических полей волновод- . ных кросс-поляризованных волн Н-типа распространяющихся в одноглодовом диэлектрическом волноводе, в плоскости анализа. Вывод СВЧ энергии из объема открытого резонатора 15 осуществляется посредством изотропного к поляризации электромагнитного поля элемента связи на другом зеркале открытого резонатора 15.

В результате, при наличии в открытом резонаторе 15 двух источников возбуждения, сигнал на выходе. открытого резонатора 15 является функцией разности фаз излучаемых полей . Так, как возбужденное в открытом резонаторе 15 электромагнитное поле через элемент связи модулировано по фазе с помощью фазового модулятора 6, работающего на эффекте Доплера, то на выходе первого и второго детекторов 9 и 10, подключенных своими входагли к двум плечам разделителя 16 поляризации, выделяются сигналы поомчастоты с частотой фазовой модуляции, которая устанавливается в интервале от 80 Гц. до 200 Гц. Поля обеих кросс-поляризованных мод, распространяющихся в диэлектрическом волноводе, устанавливаются синфазными и равными по амплитуде с помощью калиброванных фазовращателей и аттенюаторов в опорных каналах.

Таким образом, на первом и втором детекторах 9 и 10, выбираемых с близкими по величине коэффициентами потерь преобразования, выделяются сигналы промчастоты, амплитуды которых пропорциональны аглплитудам соОтветствующих компонент вектора . электрического поля исследуемого открытого резонатора 15, а разность фаэ глежду ними равна разности фаз между- этими компонентами в точке положения пробного зонда 2.

Сигналы на данной промчастоте через идентичные резонансные усилители 11 и 12 поступают на регист ратор 13, например, отклоняющие пластины электроннолучевой трубки осциллографа. При этом наблюдаемая фигура Лиссажу представляет собой поляризационный эллипс, характериВНИИПИ Заказ 10212/46 зующий состояние поляризации поля открытого резонатора 15 в точке положения пробного зонда 2, конструктивное положение которого в од..номодовом диэлектрическом волноводе с t>1 увеличивает разрешающую способнбсть устройства. Достигнуть этого позволяет то, что плотность потока электромагнитной энергии убывает.при удалении от поверхности

10 одномодового диэлектрического волновода по экспоненциальному закону и является функцией Е материала, иэ которого изготовлен одномодовый диэлектрический волновод, толщины

15 последнего и рабочей длины волны.

При этом основные требования, предъявляемые к одномодовому диэлектрическому волноводу, заключаются в обеспечении однородности по толщине и величине и изотропности материала, из которого он изготовлен, а также одномодовости с целью предотвращения воэможности возникновения волноводных волн высшего по25 рядка с ортогональной поляризацией вектсров электрических полей. Последнее требование одномодовости диэлектрического волновода устанавливает определенную взаимосвязь между рабочей длиной волны, диэлектрической проницаемостью одномодового диэлектрического волновода и

его толщиной. Кроме того, для о6еспечения положительного эффекта геоглетрические размеры плоского диэлектрического волновода должны не гленее чем в два раза превышать зону сканирования открытого резонатора 15.

Соответствующим выбором параметров одномодового диэлектрического

40 волновода и рабочей длины волны достигается возможность проведения измерений характеристик резонансного поля в любом его координатном сечении, перпендикулярном оси откры45 того резонатора.

Предлагаемое устройство исключает погрешности от перерассеяния на зер"калах открытого резонатора 15 опорных электромагнитных полей, что обес50 печивает возможность измерения полного набора характеристик исследуемого резонансного поля открытых электродинамических структур коротковолновой области миллиметровых и

55 субмиллиметровых диапазонов длин волн в заданной точке любого поперечного сечения резонансного волнового пучка. Устройство обеспечивает также высокую чувствительщ ность и разрешениe °