|
| |
|
Слаботочка Книги 1 2 3 4 5 6 7 [8] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 уровне (с шероховатостью не более 0,1 мкм). Таким образом, керамика ТБНС наиболее перспективна из всех изв-ттных титансодержащих термостабильных диэлектриков с вд = 80 для использова- 8 2i ifO 56 72 88 f,rru  Рис. 1.6. Частотные зависимости диэлектрической проницаемости (а) и собственной добротности (б) ДР из материалов титано- и цирконийсодержащих материалов: / - для соединений BajTijOj (2БТ-9), 2 - Для соединений Ва (Zr, Zn, Та), S - для соединений Ва (Sn, Mg, Та) Оз ния в дециметровом и длинноволновой части сантиметрового диапазона (рис. 1.5), а титансодержащая и цирконийсодержащая керамика - для использования в коротковолновой части сантиметрового и миллиметровом диапазонах волн (рис. 1.6). Глава 2. ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РЕЗОНАТОРЫ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РЕЗОНАТОРОВ Развитие теории и опыт применения ДР в различных СВЧ-ус-тройствах позволяют классифицировать ДР с учетом физических явлений в них и основных применений ДР. Диэлектрический резонанс возникает при взаимодействии электромагнитной волны с ограниченным диэлектрическим телом и связан с краевыми условиями на границе диэлектрического тела с диэлектрической проницаемостью 8д и окружающей среды с диэлектрической проницаемостью г, меньшей вд. В основе их лежит процесс рассеяния первичной электромагнитной волны, падающей на диэлектрик, и ее суперпозиции с полем вторичной волны, образующейся в результате колебаний свободных и связанных зарядов в диэлектрике под действием первичной волны. В формировании резонансных явлений в диэлектрическом теле могут участвовать и металлические отражающие (экранирующие) поверхности для обеспечения направленного распространения энергии, перензлу-ченной ДР. Частотный спектр рассеяния электромагнитных волн диэлектрическим телом разбит на три области (рис. 2.1). Высокочастотная область описывается геометрической оптикой. В этой области длина волны в диэлектрике ?.д меньше размеров тела а (?.д < а). Низкочастотная область описывается релеевской теорией рассеяния. Длина волны в диэлектрике в этом случае много больше размеров тела (А.д а). В области резонансного рассеяния длина волны в диэлектрике сравнима с размерами диэлектрического тела (А.Д а). В этой области на определенных частотах становится возможным совпадение по фазе первичной и вторичной волн, приводящее к резонансному возрастанию поля рассеянной волны. Резонансные явления в этой области наиболее трудно поддаются теоретическому описанию.
ДР с объемным резонансом Материалы: Форма и соотношения размеров: Наличие металлических элементов: Внешние связи: значенке е.ддб, ТКе , ТКХдб однородные и неоднородные (составные) слоистые (двух- и [многослойные) линейные и нелинейные технология изготовления сфероидальные, сферические цилиндрические (дисковые и стержневые) многограники (призмы, параллелепипеды, кре-стообразнычТ-образньк кубические и др.) с отверстиями, углублениями, прорезями и т.п. излучающие (открытые) и неизлучающие (экранированные частично или полностью) с замкнутой или незамкнутой металлической поверхностью, окружающей поля ДР (симметричной или не симметричной) со свободным пространством с полями волноводов (полых, коаксиальных, полосковых и микрополосковых, диэлектрических) с проводниковыми элементами (штырь, виток, полувиток и т.п.) с ПОЛЯМИ резонаторов Рис. 2.1. Схема классификации ДР Резонансные явления возможны и в высокочастотной области. Однако промежуточная область выделена вследствие того, что при ее теоретическом описании нельзя воспользоваться простыми приближениями геометрической оптики или релеевского рассеяния. Кроме ТОГО, в высокочастотной области возможны резонансы двух типов - объемный, за счет отражений волны внутри диэлектрического тела ОТ границ, и поверхностный в результате наложения поверхностных волн, образующихся на границе диэлектрического тела и распространяющихся вдоль этой границы так же, как в диэлектрическом волноводе. Как объемный, так и поверхностный резонансы могут быть в режиме стоячих или бегущих волн. В области резонансного рассеяния существуют лишь объемные резонансы и для нее характерны следующие соотношения между длиной падающей волны и большим размером тела а: 2naVTjX<\ н (2паА)(КуКд> 1. Резонанс наступает, когда угол падения а электромагнитной волны внутри диэлектрического тела на границу раздела соответ-етвует углу полного внутреннего отражения (а > arcsin Y При этом полного отражения не происходит, так как крутизна поверхности раздела в направлении распространения поверхностной волны приводит к образованию излученных волн, интенсивность которых уменьшается с уменьшением бр/ед. При резонансном рассеянии энергия, излучаемая в окружающее пространство, меньше, чем энергия, запасаемая в теле резонатора за период колебаний. Это приводит к возрастанию запасенной энергии внутри тела и в его непосредственной близости, а также к увеличению интенсивности рассеянной волны на резонансной частоте. С течением времени резонансное поле внутри и в непосредственной близости тела становится большим по сравнению с первичным и излученным полями. ДР можно разделить по типам колебаний с объемным резонансом в диэлектрическом теле и с резонансом поверхностных воля, иногда называемых волнами шепчущей галереи . При этом следует учитывать, в каком режиме, стоячих или бегущих волн, они находятся. Энергия объемных колебаний больше концентрируется в объеме диэлектрического тела, а поверхностных - вблизи поверхности (в основном с внутренней ее стороны). Эти колебания отличаются соотношениями между количеством вариаций (экстремумов) поля в радиальном и азимутальном направлениях относительно центра диэлектрического тела. Для объемных колебаний число радиальных вариаций больше, чем азимутальных, а у поверхностных - наоборот. Отсюда еще одно название поверхностных колебаний - азимутальные колебания. Основной (низший) тип колебаний объемного резонанса всегда ниже по частоте, чем основной тип колебаний поверхностного, если в диэлектрическом теле нет отверстий или полостей. Объемные типы колебаний изучались в сантиметровом диапазоне волн на основе исследований низших типов колебаний преимущественно плоских (дисковых или прямоугольных) ДР из материала с высокой диэлектрической проницаемостью 8д 40. К ДР, работающим на поверхностных колебаниях, пришли, исследуя диэлектрические волноводы, изогнутые в виде кольца, из материала с ед 10 в миллиметровом диапазоне волн. От кольца пришли к дисковым ДР с азимутальными колебаниями. Основным преимуществом ДР с поверхностными (азимутальными) колебаниями является возможность получения на них более высокой собственной добротности. Это связано с тем, что поле поверхностных колебаний находится вне диэлектрического тела в большей степени, чем поле объемных колебаний и диэлектрические потери тела меньше влияют на собственную добротность ДР. 1 2 3 4 5 6 7 [8] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||