ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ СВЕРХПРОВОДЯЩЕГО РЕЗОНАНСНОГО СВЧ КОМПРЕССОРА

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в сверхпроводящих резонансных СВЧ компрессорах в качестве устройства вывода энергии для формирования мощных СВЧ-импульсов наносекундной длительности с высоким коэффициентом усиления.
0
0
Предельный коэффициент усиления резонансных СВЧ компрессоров, работающих на основе накопления энергии относительно длинного СВЧ импульса в резонаторе и быстрого ее вывода в нагрузку, равен максимальному коэффициенту усиления резонатора. Этот коэффициент определяется формулой G=Q/2πfT, где Q, f и T - собственная добротность, рабочая частота и время двойного пробега рабочей волны вдоль резонатора. Как следует из формулы, максимальное усиление тем выше, чем выше добротность резонатора. Поэтому особый интерес представляет использование в компрессорах сверхпроводящих резонаторов, имеющих добротность на 4-5 порядков более высокую, чем резонаторы обычные. Ожидаемое усиление сверхпроводящих компрессоров составляет 50-70 дБ, что на 40-50 дБ выше, чем усиление обычных СВЧ компрессоров.
Одной из основных проблем сверхпроводящих компрессоров является устройство вывода энергии, которое должно обеспечивать чрезвычайно слабую связь резонатора с нагрузкой при накоплении энергии и сильную при выводе. В обычных системах в качестве такого устройства в большинстве случаев используется интерференционный СВЧ переключатель на основе волноводного H или E-тройника. Одно прямое плечо такого тройника связывается с резонатором, боковое или второе прямое плечо выполняется полуволновой (в H-тройнике) или четвертьволновой (в E-тройнике) длины и коротко замыкается. В этом плече размещается СВЧ коммутатор, переключающий резонатор в режим вывода энергии. Свободное плечо связывается с нагрузкой.
Сверхпроводящий тройник в состоянии «закрыто» способен обеспечить переходное ослабление до 120 дБ, и потому как основа переключателя вполне приемлем для использования в качестве устройства вывода. Проблемы такого переключателя связаны с СВЧ коммутатором. В обычных компрессорах наиболее часто в качестве коммутатора используется газонаполненный плазменный СВЧ разрядник. Известны также обычные СВЧ компрессоры с электронно-лучевым коммутатором. В условиях криогенных температур использование таких коммутаторов сопряжено с дополнительными проблемами. В плазменном коммутаторе при температуре жидкого гелия в качестве рабочей среды возможно использование только газообразного гелия, отличающегося относительно невысокой электрической прочностью, значительными потерями в плазме и длительным процессом восстановления электрической прочности разрядного промежутка. В электронно-лучевых коммутаторах требуемые величины рабочего тока составляют значения порядка 1-10 кА, что влечет за собой проблему не только создания компактной электронной пушки с таким током, но и значительной тепловой нагрузки переключателя, резонатора и системы охлаждения. Поэтому на сегодня приоритетного устройства криогенного коммутатора, в принципе, нет. Приемлемым представляется использование любого устройства, которое может быть адаптировано к работе в условиях низких температур. При этом независимо от типа коммутатора желательно понижение требований к величине коммутирующего параметра (тока коммутации, плотности и проводимости плазмы и т.п.), обеспечивающее снижение тепловой нагрузки на криогенную систему, но сохраняющее эффективную работу коммутирующего устройства.
Ряд интерференционных переключателей на основе T-образного волноводного H-или E-тройника как устройств вывода энергии в сверхпроводящих резонансных СВЧ компрессоров хорошо известен и, по сути, представляют собой аналоги переключателей обычных СВЧ компрессоров [
1. D. Birx, G.J. Dick, W.A. Little, J.I. Mercereau and D.G. Scalapino. Pulsed frequency modulation of superconducting resonators. Appl. Phys. Lett. 33, №5, p. 68-70, 1 September, p. 466-468, 1978;
2. R.A. Alvarez, D. Birx, D. Byrne, M. Mendones and R.M. Johnson. Generation of high-power microwave pulses using a spherical superconducting cavity interference-type switch. IEEE Transaction on Magnetics. V. MAG - 17, №1, January, 1981, p. 935-938;
3. B.A. Августинович, Л.Я. Августинович, Ю.Г. Юшков. Вывод СВЧ энергии из сверхпроводящего цилиндрического резонатора через E-тройник. ЖТФ, 1987, т. 57, №6, с. 1137-1138;
4. D.L. Birx, D.J. Scalapino. Microwave energy compression using a high intensity electron beam switch. J. Appl. Phys. July 1980, 51 (7), p. 3629-3631.
0
5. D.L. Birx, D.J. Scalapino. A cryogenic microwave switch. Transaction On Magnetics. 1979, v. MAG-15, N.1, p. 33-35].
13
-3
Как и в обычном компрессоре одно из прямых плеч такого переключателя (вход) подсоединяется к накопительному резонатору. Второе прямое либо боковое плечо выполняется полуволновым (в H-тройнике) или четвертьволновым (в E-тройнике) и ограничивается короткозамыкателем. В этом плече на расстоянии λ/4 от короткозамыкателя, где λ - длина волны в волноводе, размещается СВЧ коммутатор. Свободное плечо (выход) связывается с нагрузкой и через него осуществляется вывод энергии. В режиме накопления развязка резонатора с нагрузкой обеспечивается практическим равенством амплитуд и противоположностью фаз волн, излучаемых из резонатора и короткозамкнутого плеча тройника в нагрузку. Переключение в режим вывода осуществляется плазмой СВЧ разряда в газе или пучком электронов, обеспечивающих инверсию фазы волны, излучаемой из короткозамкнутого плеча. При этом для эффективной коммутации требуется создание плазмы или пучка электронов за 1-2 нс с достаточно высокой плотностью носителей заряда (не менее 10 эл·см). В этом случае обеспечивается инверсия фазы коммутируемой волны и приемлемый уровень потерь при выводе (не более 3 дБ).
7
Вариант такого переключателя сверхпроводящего СВЧ компрессора исследован, например, в работе D. Birx, G.J. Dick, W.A. Little, J.I. Mercereau and D.G. Scalapino «Pulsed frequency modulation of superconducting resonators» (Appl. Phys. Lett. 33, №5, p. 466-468, 1 September, 1978). При добротности медного резонатора с рабочей поверхностью, покрытой свинцовой пленкой, 5×10 достигнуты коэффициент усиления 40 дБ и мощность импульсов 1,5 кВт при длительности 100 нс. Коммутация в сверхпроводящем переключателе осуществлялась в трубке из фторопласта или сапфира, заполненной газообразным гелием под давлением 10 мм. рт. ст. и расположенной в максимуме электрической составляющей поля рабочей волны на расстоянии четверти длины волны в волноводе от короткозамыкателя.
0
9
В работах R.A. Alvarez, D. Birx, D. Byrne, Μ. Mendones and R.M. Johnson «Generation of high-power microwave pulses using a spherical superconducting cavity interference-type switch» (IEEE Transaction on Magnetics. V. MAG - 17, №1, p. 935-938, January, 1981) и D.L. Birx, D.J. Scalapino (A cryogenic microwave switch. Transaction On Magnetics. 1979, v. MAG-15, N.1, p. 33-35) исследовались сверхпроводящие СВЧ компрессоры, в которых энергия также запасалась в медных резонаторах, покрытых свинцовой пленкой, и использовался сверхпроводящий переключатель на основе Н-тройника. В одной из этих работ при добротности резонатора 10 получены импульсы мощностью до 150 кВт с усилением около 15,5 дБ при длительности импульсов 2 мкс. В другой работе мощность импульсов достигала 750 кВт. Коммутация также осуществлялась в диэлектрической трубке, заполненной охлажденным газообразным гелием.
7
Известен сверхпроводящий интерференционный переключатель, исследованный В.А. Августиновичем, Л.Я. Августинович и Ю.Г. Юшковым в работе «Вывод СВЧ энергии из сверхпроводящего цилиндрического резонатора через E-тройник», ЖТФ, 1987, т. 57, №6, с. 1137-1138. В этом компрессоре энергия выводилась из цилиндрического ниобиевого резонатора с добротностью 5×10, и было достигнуто максимальное усиление 25 дБ при длительности импульсов 180 нс. Переключение обеспечивалось самопроизвольным СВЧ пробоем в объеме переключателя на основе E-тройника, заполненного парами охлажденного гелия при пониженном давлении.
В также известной работе D.L. Birx и D.J. Scalapino «Microwave energy compression using a high intensity electron beam switch» (J. Appl. Phys. July 1980, 51 (7), p. 3629-3631) в сверхпроводящем СВЧ компрессоре для вывода энергии использовался интерференционный переключатель с электронно-лучевым коммутатором. Пучок электронов генерировался электронной пушкой с рабочим напряжением 300 кВ и током 8 кА.
13
-3
Таким образом, в известных интерференционных переключателях сверхпроводящих резонансных СВЧ компрессоров коммутация в режим вывода обеспечивается изменением коммутирующего параметра (длины бокового плеча), при котором инверсия фазы переключаемой волны достигается имитацией изменения геометрической длины короткозамкнутого плеча тройника на четверть длины волны в волноводе и, соответственно, электрической длины на π/2. Для этого, перемыкая волновод плазмой СВЧ разряда или пучком электронов с достаточно высокой плотностью носителей заряда (-10 эл·см), осуществляется быстрое смещение эквивалентной плоскости короткого замыкания короткозамкнутого плеча тройника на четверть длины волны в волноводе.
По технической сущности все отмеченные переключатели близки к переключателю предлагаемому.
0
В качестве прототипа выбран переключатель, исследованный в работе D.L. Birx, D.J. Scalapino Microwave energy compression using a high intensity electron beam switch, J. Appl. Phys., July 1980, 51 (7), p. 3629-3631 или в работе D.L. Birx, D.J. Scalapino «A cryogenic microwave switch», Transaction On Magnetics, 1979, v. MAG-15, N.1, p. 33-35. В этих переключателях на основе H-тройника, выполненного из сверхпроводника по стандартной схеме, используются плазменный газоразрядный либо электронно-лучевой СВЧ коммутатор. Такие устройства вывода продемонстрировали работоспособность при криогенных температурах при условии выполнения тех же требований, что характерны и для обычных переключателей. Эти требования - быстрое и значительное изменение такого параметра переключателя, как геометрическая длина коммутирующего плеча тройника (за 1-2 нс изменение составляет четверть длины волны в волноводе). Изменение достигается созданием высокой концентрации носителей заряда в плазме газоразрядного коммутатора, либо высокой плотности электронов в электронно-лучевом коммутаторе.
Задачей является создание интерференционного переключателя, обеспечивающего эффективное переключение сверхпроводящего резонансного СВЧ компрессора в режим вывода энергии меньшим изменением коммутирующего параметра, а именно, меньшим изменением электрической длины коммутирующего плеча тройника.
Технический результат полезной модели заключается в уменьшении требований к величине изменения коммутирующего параметра, обеспечивающего эффективное срабатывание интерференционного переключателя сверхпроводящего резонансного СВЧ компрессора, а именно, - переключении при более низкой плотности или меньшем объеме плазмы либо меньшем токе электронного пучка и, как следствие, - в упрощении конструкции СВЧ коммутатора.
Указанный результат достигается тем, что в интерференционном переключателе сверхпроводящего резонансного СВЧ компрессора, содержащем, как и прототип, сверхпроводящий Н-тройник, боковое плечо которого короткозамкнуто, а прямые плечи служат входом и выходом переключателя и СВЧ коммутатор, в отличие от прототипа, боковое плечо выполнено четвертьволновым и к нему через окно сильной связи подсоединен проходной резонатор, образованный входным полуволновым прямым плечом дополнительного сверхпроводящего Н-тройника, выходное прямое плечо которого служит вторым выходом переключателя, а к короткозамкнутому четвертьволновому боковому плечу дополнительного H-тройника через окно сильной связи подсоединен сверхпроводящий коммутирующий резонатор в виде короткозамкнутого полуволнового отрезка волновода и СВЧ коммутатор расположен в нем.
На Фиг. 1 приведена схема предлагаемого интерференционного переключателя сверхпроводящего резонансного СВЧ компрессора. Переключатель представляет собой основной волноводный H-тройник 1 с входным прямым плечом 2, выходным прямым плечом 3, служащим первым выходом переключателя, и короткозамкнутым четвертьволновым боковым плечом 4. К боковому плечу 4 основного H-тройника 1 через окно сильной связи с коэффициентом передачи h подсоединен проходной резонатор, образованный входным прямым плечом 6 дополнительного H-тройника 5. Дополнительный тройник 5 кроме полуволнового входного прямого плеча 6, образующего проходной резонатор, содержит выходное прямое плечо 7, служащее вторым выходом переключателя, а также содержит четвертьволновое короткозамкнутое боковое плечо 8. К боковому плечу 8 также через окно сильной связи с коэффициентом передачи m≈h подсоединен коммутирующий резонатор 9 с СВЧ коммутатором 10.
Фиг. 2 демонстрирует расчетные зависимости коэффициента передачи предлагаемого переключателя от сдвига δf рабочей частоты его коммутирующего устройства при времени T двойного пробега волны вдоль этого устройства (от изменения коммутирующего параметра переключателя - электрической длины φ коммутирующего устройства, связанной со сдвигом частоты и временем двойного пробега соотношением φ=2πTδf). Ниже приведены выражения для коэффициента передачи переключателя-прототипа, т.е. переключателя с основным H-тройником 1 и коммутирующим устройством в виде полуволнового короткозамкнутого бокового плеча с СВЧ коммутатором:
и предлагаемого переключателя, т.е. переключателя с проходным резонатором, образованным входным прямым плечом 6 дополнительного H-тройника 5 и коммутирующим устройством в виде коммутирующего резонатора 9, подсоединенного к четвертьволновому короткозамкнутому боковому плечу 8 дополнительного H-тройника 5:
-8
1
2
где ; m=h=0,6; β=2×10; R(φ), R(φ) - коэффициенты передачи предлагаемого переключателя по первому и второму выходу переключателя, соответственно.
Как видно из зависимостей Фиг. 2, сдвиг рабочей частоты в переключателе-прототипе (переключателе с основным тройником 1 и полуволновым коммутирующим боковым плечом) (линия trns102(fi)), работает менее эффективно. В таком переключателе изменение электрической длины бокового плеча при двойном пробеге, например, на π/2 радиан (сдвиге частоты на 1/4Т) приводит к тому, что только половина мощности поступает в нагрузку. Практически стопроцентная передача имеет место только при изменении длины на π радиан (сдвиге частоты на 1/2Т Гц).
Из зависимостей Фиг. 2 также видно, что предлагаемый переключатель со сверхпроводящим проходным резонатором, образованным прямым плечом 6 дополнительного тройника 5, значительно чувствительней к изменению электрической длины своего коммутирующего устройства - коммутирующего резонатора 9 с СВЧ коммутатором 10. Это отражено линиями R2s2(fi) и T12(fi), представляющими, соответственно, зависимости коэффициента передачи в первый выход переключателя и коэффициента передачи во второй выход переключателя. Как следует из этих зависимостей, уже при изменении электрической длины коммутирующего резонатора 9 на величину порядка 0,1 радиана (сдвиге частоты на 0.05/T Гц, т.е. в пять раз меньшем, чем в переключателе-прототипе) более половины (-70%) мощности поступает в первый выход и около 20% во второй выход предлагаемого переключателя. Увеличение изменения электрической длины коммутирующего резонатора 9 в два раза обеспечивает практически стопроцентный вывод энергии через первый и второй выход в пропорции 4 к 1. Это означает, что на выходах компрессора будут сформированы два импульса, отличающиеся по усилению на 6 дБ, которые строго фазированы и могут использоваться независимо либо суммироваться.
Таким образом, как следует из зависимостей Фиг. 2 использование в переключателе проходного резонатора е коммутирующим устройством в виде коммутирующего резонатора 9 существенно снижает требование к изменению переключающего параметра. Использование проходного резонатора обеспечивает достижение такой же эффективности передачи энергии в нагрузку, как и в прототипе, но существенно меньшим изменением электрической длины коммутирующего устройства, а, следовательно, более мягкими требованиями к плотности носителей заряда или объему плазмы в газоразрядном СВЧ коммутаторе, или к величине тока в электронно-пучковом коммутаторе. В линейном приближении снижение объема плазмы и тока пучка электронов может составить, как минимум, пятикратное значение и обеспечить возможность соответствующего упрощения конструкции СВЧ коммутатора.
В основе работы предлагаемого переключателя лежат фундаментальные свойства высокодобротного проходного резонатора на основе входного прямого плеча 6 сверхпроводящего дополнительного H-тройника 5 и сильная связь этого резонатора, а также резонатора коммутирующего 9 с боковыми плечами, соответственно, основного 1 и дополнительного тройника 5. В силу этих свойств переключатель работает следующим образом. Сильная связь проходного резонатора в виде прямого плеча 6 тройника 5 и коммутирующего резонатора 9, подсоединенного к плечу 8 тройника 5, обеспечивает переключателю состояние «закрыто» и сохранение добротности накопительного СПР в режиме накопления на неизменно высоком уровне. Это обусловлено следующим. В начальный момент процесса накопления проходной резонатор открыт, т.к. короткозамкнутое боковое плечо 8 дополнительного тройника 5 является четвертьволновым. Однако, как известно, высокая собственная добротность любого резонатора при сильной его связи с питающим волноводом позволяет получать практически двукратное превышение амплитуды волны, излучаемой из этого резонатора, над амплитудой волны, отраженной от его входа. Противоположные фазы этих волн обеспечивают формирование суммарной волны с амплитудой, равной амплитуде волны, отраженной от входа резонатора, но с противоположной фазой. Это приводит к тому, что в режиме накопления коммутирующий резонатор 9 после завершения в нем переходного процесса закрывает тройник 5, обеспечивая высокую добротность проходного резонатора. Аналогично высокая собственная добротность проходного резонатора, образованного плечом 6 тройника 5, и сильная связь этого резонатора с боковым плечом тройника 1 по завершении переходного процесса в проходном резонаторе обеспечивают закрывание тройника 1. Причем в силу низкой нагруженной добротности коммутирующего резонатора 9 и проходного резонатора переходные процессы в этих резонаторах протекают быстро по сравнению с величиной постоянной времени накопительного СПР, которая сопоставима с длительностью входного импульса компрессора. Перевод переключателя в состояние «открыто» осуществляется включением СВЧ коммутатора 10. Поскольку в предлагаемом переключателе к боковому плечу 4 подсоединен сильно связанный проходной резонатор, образованный плечом 6 дополнительного тройника 5, то эквивалентная нагрузка этого плеча соответствует нагрузке с большим входным сопротивлением, близким к сопротивлению в режиме холостого хода. Поэтому для смены фазы волны, отраженной от проходного резонатора, следует изменить его входное сопротивление на сопротивление, соответствующее режиму короткого замыкания. Это можно реализовать, расстроив параметры проходного резонатора так, что его рабочая частота сместится за пределы полосы резонанса. Это обеспечивается после включения СВЧ коммутатора 10, осуществляющего сдвиг рабочей частоты коммутирующего резонатора 9. Этот сдвиг вызывает изменение фазы волны в боковом плече 8 дополнительного тройника 5 до противоположной ее величины. В силу более узкой полосы пропускания проходного резонатора по сравнению с полосой пропускания тройника такое изменение параметров переключателя осуществляется менее существенным изменением коммутирующего параметра (изменением электрической длины, пропорциональной сдвигу собственной частоты), чем это реализуется в прототипе. Более того, выполнение резонатора, подсоединенного к боковому плечу 4 основного тройника 1, проходным позволяет, включая СВЧ коммутатор 10 в коммутирующем резонаторе 9 дополнительного тройника 5, одновременно перестраивать, как рабочую частоту проходного резонатора, так и понижать его собственную добротность. Изменение собственной добротности проходного резонатора действует на фазу отраженной волны идентично изменению собственной рабочей частоты, т.к. переводит проходной резонатор из состояния с сильной входной связью (режима холостого хода) в состояние со слабой связью (режим короткого замыкания). Совместное действие изменения частоты и добротности позволяет более эффективно переключать фазу волны, отраженной от проходного резонатора, и обеспечивать переключение в режим «открыто» меньшим изменением коммутирующего параметра в коммутирующем резонаторе 9 (меньшим изменением электрической длины, т.е. рабочей частоты этого резонатора).
В качестве примера, демонстрирующего эффективность принципа, который положен в основу работы предлагаемого переключателя сверхпроводящего резонансного СВЧ компрессора, рассмотрим результаты исследования макета такого переключателя, изготовленного из обычного проводника и работающего при комнатной температуре.
4
Макет выполнен на основе двух H-тройников 10-см диапазона длин волн из круглого медного волновода диаметром 90 мм. Оба тройника со стороны боковых плеч 4 и 8 были несогласованны. Поэтому коэффициенты передачи h и m между боковыми и прямыми плечами этих тройников были отличны от единицы. Их значения, установленные по измерениям коэффициента стоячей волны, составили 0,7, что при собственной добротности резонаторов, организованных из боковых плеч тройников, ~1,5×10 обеспечивало сильную связь основного тройника 1 с проходным резонатором 6 и дополнительного тройника 5 с коммутирующим резонатором 9. Оценочное значение коэффициента входной связи проходного и коммутирующего резонатора составило величину более 300.
0
Тройники находились в состоянии «закрыто» на частоте f≈2800 МГц при длине бокового плеча ~110 мм для дополнительного тройника 5 и длине бокового плеча ~175 мм для основного тройника 1. Длина рабочей волны в круглом волноводе диаметром 90 мм на частоте 2800 МГц составляет ~150 мм. Поэтому четвертьволновая электрическая длина боковых плеч, фактически, совпадала с их геометрической длиной. При этом, несмотря на наличие в боковых плечах основного 1 и дополнительного тройника 5 резонаторов с сильной связью тройники находились в состоянии «закрыто» Таким образом, использованная конфигурация переключателя представляла собой нормально проводящий аналог предлагаемого сверхпроводящего интерференционного СВЧ переключателя.
11(11)
0
с
с
0
0
c
4
Накопителем СВЧ энергии в компрессоре с таким переключателем служил медный цилиндрический резонатор диаметром 120 мм и длиной ~550 мм, который через плавный согласующий переход сопрягался с входным прямым плечом переключателя. Полная длина резонатора равнялась ~715 мм. Энергия накапливалась на виде колебаний H с измеренной собственной добротностью Q≈3×10 и расчетным временем T двойного пробега волны вдоль резонатора ~5,1 нс. Поэтому максимальный расчетный коэффициент усиления G компрессора при длительности формируемых импульсов, равной времени Tдвойного пробега волны вдоль резонатора, равнялся G≈Q/2πfT≈25,1 дБ.
Источником входных импульсов СВЧ компрессора служил магнетронный генератор с мощностью импульсов ~2МВт и фиксированной длительностью ~3 мкс. При указанной длительности импульсов и указанной добротности накопительного резонатора оптимальный коэффициент входной связи равнялся ~1,3. Эффективность накопления при этом составляла ~0,53, а коэффициент усиления ~24,9 дБ. Таким образом, расчетная мощность бегущей волны резонатора, соответствующая максимальной мощности импульсов компрессора, равнялась 625 МВт при длительности импульсов ~5,1 нс.
В качестве СВЧ коммутатора 10 в макете переключателя использовался СВЧ разрядник тригатронного типа, представляющий собой продуваемую газонаполненную кварцевую трубку. Трубка располагалась в коммутирующем резонаторе 9 дополнительного тройника 5 на расстоянии четверти длины волны в волноводе от короткозамыкателя коммутирующего резонатора 9 и ориентировалась по диаметру волновода параллельно силовым линиям электрического поля Ни рабочей волны. Запуск коммутатора осуществлялся электрическим разрядником подсветки, расположенным на одном из торцов трубки. Изолирующей средой в трубке при проведении экспериментов на высоком уровне мощности являлся газ аргон с добавлением 5-10% элегаза под избыточным давлением 3-4 ати. Изолирующей средой резонатора служил азот с добавлением 30-40% элегаза под избыточным давлением 4-6 ати.
Перед проведением исследований макета были выполнены контрольные эксперименты на СВЧ компрессоре с переключателем традиционной конфигурации, т.е. с переключателем, организованным только основным тройником 1 с короткозамкнутым полуволновым боковым плечом и расположенным в этом плече СВЧ коммутатором. Эксперименты выполнялись на низком и высоком уровне мощности.
На низком уровне мощности эксперименты заключались в определении сдвига рабочей частоты и изменения добротности накопительного резонатора при имитации плазмы разряда отрезком тонкой медной проволочки различной длины, вводимой в трубку СВЧ коммутатора. Было установлено, что при введении отрезка диаметром 0,5 мм и длиной 10 мм рабочая частота понижается только на 3,5 МГц, полоса резонанса рабочего вида увеличивается с 230 кГц до 0,8 МГц. Использование проволочки длиной 20 мм приводило к смещению рабочей частоты на 12 МГц и увеличению полосы резонанса до 4МГц, и только проволочка длиной 30 мм открывала переключатель практически полностью и смещала рабочую частоту более чем на 15 МГц.
Аналогичные эксперименты на макете предлагаемого переключателя показали, что проволочка длиной 10 мм смещает рабочую частоту на 5 МГц и увеличивает полосу резонанса до 1,7 МГц, а проволочка длиной 20 мм открывает переключатель практически полностью с исчезновением рабочего резонанса.
На высоком уровне мощности эффективность работы традиционного и предлагаемого переключателя сравнивалась по результатам двух серий экспериментов.
В первой серии сравнивались только основные параметры выходных импульсов СВЧ компрессора - усиление и длительность. В этой серии более эффективная работа предлагаемого переключателя, по сравнению с переключателем традиционным, проявилась в более быстром открывании резонатора и некотором увеличении коэффициента усиления. Вместо обычного времени переключения 1,9-2,1 нс это время составило 1,6-1,7 нс. Уменьшение этого времени обеспечило увеличение суммарного усиления компрессора по двум выходам приблизительно на 1,5 дБ. Усиление макета достигало ~22 дБ против ~20,5 дБ для компрессора с традиционным переключателем.
Во второй серии также сравнивались параметры выходных импульсов компрессора с традиционным и предлагаемым переключателем, но с трубкой СВЧ коммутатора, смещенной на восьмую часть длины волны в волноводе в сторону от места максимума электрического поля рабочей волны. Трубка в этом случае располагалась от короткозамыкающей мембраны плеча на расстоянии 3/8 длины волны в волноводе. В традиционном переключателе такое смещение привело к увеличению длительности выходного импульса в 1,5 раза и снижению коэффициента усиления компрессора на 2 дБ. В то же время смещение трубки в предлагаемом переключателе повлияло на параметры выходных импульсов компрессора существенно слабее - увеличение длительности не превышало 10%, а снижение усиления составило около 0,5 дБ.
Таким образом, эксперименты, выполненные на макете предлагаемого СВЧ переключателя, показали, что перевод в состояние «открыто» переключателя с проходным резонатором осуществляется меньшим изменением коммутирующего параметра. Проведенные эксперименты подтвердили, как справедливость принципов, лежащих в основе работоспособности предлагаемого переключателя сверхпроводящего резонансного СВЧ компрессора, так и возможность решения поставленной задачи предлагаемой полезной модели.