СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МЕЖРЕЗОНАТОРНОЙ СВЯЗИ СИСТЕМЫ ДВУХ СВЯЗАННЫХ РЕЗОНАТОРОВ
METHOD OF DETERMINING INTERCAVITY COUPLING COEFFICIENT OF SYSTEM OF TWO COUPLED RESONATORS

Изобретение относится к способам определения электродинамических параметров колебательных систем, в частности связанных резонаторов, которые используются в технике СВЧ в качестве фильтров и в ускорительной технике в качестве элементов ускоряющих структур.
Известен способ определения коэффициента межрезонаторной связи системы двух связанных резонаторов, подсоединенной к внешней линии, согласно которому при межрезонаторной связи больше критической измеряют расщепление частот (Δf) полосовой характеристики системы - зависимости мощности отраженного от системы связанных резонаторов СВЧ сигнала от частоты. Для этой цели изготавливают макет-аналог системы связанных резонаторов, слабо связанной с внешней линией, регистрируют полосовую характеристику и определяют искомый коэффициент (К) из выражения К=Δf/f, где f - собственная частота каждого резонатора, входящего в систему [1]. Слабая связь необходима для исключения влияния указанной связи с внешней линией на результаты измерений и получения расщепленной полосовой характеристики.
Однако при межрезонаторной связи меньше критической расщепление частот не происходит, и из полосовой характеристики невозможно определить коэффициент межрезонаторной связи системы связанных резонаторов.
EXT12
EXT21
EXT12
EXT21
1/2
Известен способ определения коэффициента межрезонаторной связи системы двух связанных резонаторов путем макетирования отдельных элементов системы. По этому способу изготавливают макеты-аналоги первого и второго резонаторов и их возбуждают из регулярного волновода через диафрагму, аналогичную межрезонаторной с коэффициентом передачи (Т), при этом измеряют внешнюю добротность первого резонатора по отношению ко второму (Q) и внешнюю добротность второго резонатора по отношению к первому (Q) - Коэффициент передачи диафрагмы (Т) измеряют при помещении макета - аналога диафрагмы в регулярный волновод. Затем вычисляют межрезонаторный коэффициент связи (К) из известного выражения K=1/T(QQ) [2].
Недостатки приведенных способов заключаются в их трудоемкости и сложности процесса макетирования.
2
1
2
1
2
2
2
Коэффициент межрезонаторной связи системы двух связанных резонаторов (К) можно определить также из известного выражения W/W=(QK), где W, W - запасенная энергия соответственно в первом и втором резонаторах, Q - собственная добротность второго резонатора [2].
2
1
Однако измерение отношения W/W затруднено, поскольку также требуется макетирование и калибровка датчиков поля в резонаторах.
Задачей изобретения является разработка нового простого способа определения коэффициента межрезонаторной связи системы двух связанных резонаторов без макетирования элементов системы, позволяющего определить искомый коэффициент при межрезонаторной связи как больше, так и меньше критической, т.е. и для случая, когда расщепление полосовой характеристики системы не происходит.
Поставленная задача решается заявленным способом, который существенно отличается от известных способов аналогичного назначения.
1
1
1
2
1
2
1/2
Заявленный способ характеризуется тем, что к первому резонатору системы двух связанных резонаторов подсоединяют внешнюю линию и измеряют коэффициент связи этой системы с внешней линией (β), затем второй резонатор отключают от первого, например, замыкая его штырем, и измеряют коэффициент связи измененной системы с той же внешней подводящей линией (β), и по результатам измерений определяют искомый коэффициент межрезонаторной связи (К) из выражения: К=[(β/β-1)/(QQ)], где Q, Q - собственная добротность соответственно первого и второго резонаторов.
EXT
1
2
1
2
EXT
1
EXT
1
2
1
2
1
2
2
Данное математическое выражение получено из следующего. Известно, что коэффициент связи колебательной системы с внешней подводящей линией определяется как отношение внешних потерь при выключенном генераторе (потерь в подводящей линии) к полным внутренним потерям системы [3]. Для системы, состоящей из двух связанных резонаторов, коэффициент связи с внешней линией, подсоединенной к первому резонатору, будет: β=P/(P+P), где P, P - мощности потерь СВЧ энергии соответственно в первом и втором резонаторах, P - мощность внешних потерь (во внешней линии) при выключенном генераторе. Если второй резонатор отключить, например, замыкая его штырем, то коэффициент связи с внешней линией изменится: β=P/P. С другой стороны, отношение запасенной энергий во втором резонаторе W к энергии, запасенной в первом резонаторе W, в системе связанных резонаторов определяется из выражения: W/W=(QK) [2].
2
2
2
1
1
1
1
1
2
1/2
Поскольку W=PQ/2πf, W=PQ/2πf[3], получаем: К=[(β/β-1)/(QQ)].
1
1
2
Таким образом, изменение исходной системы двух связанных резонаторов путем отключения второго резонатора от первого позволило использовать для определения коэффициента межрезонаторной связи другие электродинамические параметры, а именно коэффициент связи исходной системы с внешней линией (β), коэффициент связи измененной системы с той же внешней линией (β), собственные добротности первого (Q) и второго (Q) резонаторов. Эти параметры могут быть измерены известными стандартными приборами без макетирования каких-либо узлов системы, что существенно упрощает процесс определения коэффициента межрезонаторной связи системы двух связанных резонаторов при связи как больше, так и меньше критической.
На представленном чертеже приведена схема системы двух связанных резонаторов. Резонаторы 1 и 2 связаны между собой диафрагмой связи 3. К резонатору 1 подсоединена внешняя линия в виде отрезка волновода 4. Для отключения резонатора 2 от резонатора 1 используется замыкающий штырь 5.
-3
Достоверность результатов, полученных заявленным способом, подтверждается сравнением с результатами, полученными по способу [2], и с результатами, полученными по способу [1]. Все измерения проводились на макете, содержащем резонаторы, выполненные из отрезков прямоугольного волновода. Использовалась одна и та же межрезонаторная диафрагма с коэффициентом передачи Т=1.9×10, обеспечивающая связь больше критической. Связь больше критической выбрана для сравнения разных методов измерения. Данные измерений приведены в таблице.
Способ
Параметр
Значение
Заявленный K=[(β<sub>1</sub>/β-1)/(Q<sub>1</sub>Q<sub>2</sub>)]<sup>1/2</sup>
β
1.2
β<sub>1</sub>
7.7
Q<sub>1</sub>
10070
Q<sub>2</sub>
9590
K
2.36×10<sup>-4</sup>
Известный [2]К<sub>[2]</sub>=1/T(Q<sub>EXT12</sub>Q<sub>EXT2l</sub>)
T
1.9×10<sup>-3</sup>
Q<sub>EXT12</sub>
2.34×10<sup>6</sup>
Q<sub>EXT21</sub>
2.23×10<sup>6</sup>
К<sub>[2]</sub>
2.3×10<sup>-4</sup>
К<sub>[2]</sub>/К
0.97
Известный [1] K<sub>[1]</sub>=Δf/f.
Δf, МГц
0.518
f, МГц
2437.8
K<sub>[1]</sub>
2.12×10<sup>-4</sup>
К<sub>[1]</sub>/К
0.9
Отсутствие процесса макетирования системы и ее основных частей выгодно отличает новый способ от известных способов аналогичного назначения.
Источники информации
1. Б.П.Асеев Колебательные цепи. М., «Государственное издательство литературы по вопросам связи и радио», 1955, с.163.
2. В.И.Иванников, Ю.Д.Черноусов, И.В.Шеболаев. Свойства связанных резонаторов. // Радиотехника и электроника, 2000, том. 45, №2, с.180-184.
3. И.В.Лебедев. Техника и приборы СВЧ. T.1., М., "Высшая школа", 1970, с.302.