Г.Е.Дунаевский, И.О.Дорофеев, В.Ю.Шпильной 1

СПЕКТРАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И КОНСТРУКЦИЯ
ДВУХПАРАМЕТРОВОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ НА БАЗЕ ОТКРЫТОГО СВЧ
РЕЗОНАТОРА
Г.Е.Дунаевский, И.О.Дорофеев, В.Ю.Шпильной1
1
Национальный исследовательский Томский государственный университет
E-mail: vshpilnoy@list.ru
Литой остеклованный микропровод, производимый по технологии
Улитовского-Тейлора находит широкой применение в современных
искусственных радиоматериалах [1].
Данная технология не обеспечивает получения микропровода с
достаточно стабильными параметрами, в том числе и на СВЧ [2]. Это
может приводить к существенному влиянию его неоднородностей на
характеристики конечного материала. Хотя структура микропровода
может быть весьма сложной и включать в себя радиальные слои с
различными параметрами, в большинстве приложений на СВЧ его можно
рассматривать как сверхтонкий проводящий цилиндр. Например, влияние
стеклянной изоляции несущественно в сантиметровом и низкочастотной
части миллиметрового диапазона длин волн. Хотя жила микропровода
имеет поперечные размеры от нескольких микрон, такой цилиндр можно
характеризовать макроскопической удельной проводимостью. Таким
образом, задача контроля параметров микропровода сводиться к задаче
контроля диаметра и проводимости сверхтонкого проводника.
В связи с применением микропровода на СВЧ желательно
осуществлять данный контроль на частотах применения искусственного
материала. До настоящего времени применялись одночастотные методы и
устройства, датчиком параметров микропровода в которых был открытый
резонатор [3]. Однако такие устройства не позволяли контролировать оба
параметра проводника одновременно. Предлагается на основе открытого
СВЧ резонатора реализовать двухпараметровую схему устройства [4]. В
основе такой схемы лежит открытый резонатор, в котором возбуждаются
два «рабочих» типа колебаний. При этом резонансные частоты этих мод
выбраны таким образом, что на низкочастотном типе проявление скинэффекта было слабым, а на высокочастотном – сильным. Это обеспечит
независимую реакцию открытого резонатора на диаметр жилы на высокой
частоте, при этом на низкой частоте остается реакция резонатора на
проводимость и диаметр.
Для реализации такой схемы был изготовлен двухчастотный
открытый резонатор со следующими параметрами: радиус вогнутости
отражателей - 176 мм, их диаметр - 128 мм, расстояние между зеркалами
может изменяться до 127 мм. Связь с внешним волноводным трактом для
обоих каналов осуществлена с помощью отрезков волноводов, сходящихся
по узкой стенке до щелей. Измерения спектральных характеристик
открытого резонатора проводились на векторном анализаторе фирмы
Agilent в двух диапазонах частот: 8-12 ГГц и 64-68 ГГц.
Рисунок 1 – спектр открытого резонатора в диапазоне частот 8-12 ГГц (a), 64-68 ГГц (b).
Выделены основные типы колебаний.
На низкочастотном участке (рис. 1.а) выделим три моды, которые
соответствуют основным типам колебаний с резонансными частотами:
9.113 ГГц, 10.186 ГГц и 11.41 ГГЦ (Рис.1).
Рисунок 2 – спектр открытого резонатора в диапазоне частот 8.6-9.2 (a), 9.95-10.45 (b), 11.0511.55 (c) ГГц. Добротности мод на рисунке: (a) – 773, (b) – 764, (c) – 1059.
Как видно из рисунка 1, для высокочастотных мод влияние соседних
высших типов колебаний увеличивается. Поэтому, несмотря на то, что
расстояние до них составляет около 200 МГц, целесообразно применить
диафрагмирование с целью их большего подавления. На рисунке 2
выделены моды, которые можно использовать в качестве «рабочих» в
устройстве контроля. Более высокочастотные моды имеют более высокую
добротность, однако с уменьшением частоты происходит некоторое
ослабление скин-эффекта, что позволит увеличить диапазон диаметров
измеряемых проводников.
Результаты измерения спектральных характеристик открытого
резонатора на втором частотном участке приведены на рис. 3.
На высокочастотном участке (рис. 1.b) также выделим три моды,
которые соответствуют основным типам колебаний с резонансными
частотами: 64.96, 66.16 и 67.36 ГГц (Рис. 3).
Рисунок 3 - спектр открытого резонатора в диапазоне частот 64.9-65 (a), 66.08-66-24 (b), 67.2867.44 (c) ГГц. Добротность мод на рисунке: (a) – 2029, (b) – 2462, (c) – 2317.
На рисунке 3 приведены более подробные характеристики основных
мод. Как видно из данного рисунка коэффициент передачи этих типов
колебаний на резонансных частотах ниже, чем на низкочастотном участке,
что потребует более мощного источника сигнала, однако увеличивать
связь в данном случае нецелесообразно. В данном частотном интервале
выгоднее выбирать более высокочастотную моду для усиления скинэффекта.
Таким образом, результаты исследования спектра открытого
резонатора неизменной геометрии на двух участках СВЧ диапазона
показали, что возможен выбор подходящих типов колебаний с достаточно
сильным разносом частот для реализации схемы двухпараметрового
устройства контроля литого остеклованного микропровода.
Библиографический список
1. Пономаренко В.И., Попов В.В., Куин Ф. Аналог четвертьволнового поглотителя
на основе микропроводов // Известия вузов. Радиоэлектроника. - 2013. - Т56,
№6. - С.28–33
2. Дунаевский Г.Е, Дорофеев И.О. О возможности квазиоптического резонаторного
контроля локальных неоднородностей остеклованного литого микропровода //
XX Всероссийская научно-техническая конференция по неразрушающему
контролю и технической диагностике: Тез. Докл. Участн. Всероссийской конф. –
Москва. – 2014. - С.227–230.
3. Дунаевский Г.Е, Дорофеев И.О. Устройство квазиоптической резонаторной
диагностики остеклованного литого микропровода // Дефектоскопия. - 2014. №12. - С. 50–57.
4. Пат. №148988 РФ МПК G01B7/21 G01R27/00 Устройство двухпараметрового
квазиоптического контроля сверхтонких проводников.
Сведения об авторах
Дунаевский Григорий Ефимович – д.т.н., профессор, дата рождения
20.09.1946г.;
Дорофеев Игорь Олегович – к.ф.-м.н., ст. н. сотрудник;
Докладчик: Шпильной Виктор Юрьевич – магистр, дата рождения
19.05.1992г., e-mail: vshpilnoy@list.ru, телефон: +7-953-926-8678