СУМАТОР ПОТУЖНОСТЕЙ НА БАЗІ КВАЗІОПТИЧНОГО ВІДКРИТОГО РЕЗОНАТОРА ЯК ВИСОКОСТАБИЛЬНИЙ ГЕНЕРАТОР ТЕРАГЕРЦЕВОГО ДІАПАЗОНУ
DOI:
https://doi.org/10.36994/2788-5518-2023-01-05-06Ключові слова:
терагерцовий діапазон, відкритий резонатор суматор потужностей, прямокутний хвилевід, ефективність збудження, високостабільний генераторАнотація
В роботі досліджено ефективність збудження аксіально-несиметричного типу коливань ТЕМ10q в квазіоптичному відкритому резонаторі суматора потужностей (ВРСП) за допомогою хвилеводної хвилі TE20. За допомогою функціоналу, використовуваного в теорії зеркальних антен для визначення коефіцієнта використання поверхні, оцінено ефективність збудження розглянутого типу коливань у напівсферичному резонаторі за допомогою прямокутного хвилеводу перетином a×b, в якому поширюється хвиля TE20. З проведених розрахунків зроблено висновок, що близько 87% потужності, яка підводиться по хвилеводу до резонатору, йде на збудження коливання ТЕМ10q. Отже, така резонансна система повинна мати хороші селектуючі властивості. Для підтвердження цього проведені додаткові чисельні дослідження. Встановлено, що при узгодженому збудженні коливань в ВРСП, останній має кутову і частотну селекцією спектру. Таким чином, при правильному виборі поперечних розмірів прямокутного хвилеводу з хвилею ТЕ20, розташованого в центрі плоского дзеркала ВРСП, останній матиме одночастотний відгук у широкій смузі частот і можна забезпечити високий коефіцієнт складання потужностей в терагерцовому діапазоні. При розміщенні джерел у кожному з двох прямокутних хвилеводів, що переходять у випромінювачі наведених вище розмірів, ми отримаємо суматор потужності на основі напівсферичного відкритого резонатора. Запропонована і досліджена електродинамічна система з двох прямокутних хвилеводів виззначених поперечних розмірів, яка дозволяє регулювати величину зв'язку джерел із резонатором. Для цього на плоскому дзеркалі ВРСП розташована Е - поляризована дротяна дифракційна решітка, змінюючи період якої регулюється зв'язок резонатора з джерелами. Встановлено, що вибираючи параметри одновимірних дифракційних решіток (Е-поляризація) у розкривах елементів зв'язку, можна забезпечити будь-який наперед заданий зв'язок окремих джерел з резонансним об’ємом. Проведено експериментальні дослідження ВРСП на частоті 130 ГГц. Виміряна потужність на його виході перебувала в межах (10...13 дБм), що відповідає ефективності складання потужностей k=0,76. Результати проведених досліджень дозволяють зробити висновок про перспективність використання розробленого ВРСП як високостабільного генератора терагерцового діапазону.
Посилання
Наритник Т. М., Кравчук С. О Телекомунікаційні системи терагерцового діапазону: монографія. Житомир: ФОП «Євенок О.О.», 2015. 394 с.
Наритник Т.М., Сайко В.Г. Безпровідні системи зв’язку терагерцового діапазону. Німеччина: LAP LAMBERT Academic Publishing RU., 2019. 72 с.
Popovic Z., Grossman E. N, THz metrology and instrumentation. IEEE Trans. on Terahertz Science and Technology, January 2011. vol.1, pp.133-144.
Svetlitza A., Slavenko M., Blank T., Brouk I., and et al., “THz Measurements and Calibration Based on a Blackbody Source. IEEE Trans. on Terahertz Science and Technology, March 2014. vol.4, pp. 347-359.
Карушкин Н.Ф., Касаткин Л.В., Мальцев С.Б. Опыт разработки мощных импульсных источников мощности миллиметрового диапазона волн на ЛПД. КрыМиКо-2016: труды 16-ой Международной Крымской конференция “СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии”, г.Севастополь, 11-15 сент. 2006 р, Севастополь, 2006. Т.1., С.135-137.
Mizuno K, Ajikata T., Hieda M., Nakayama M. Quasi-Optical Resonator for Millimetre and Submillimetre Wave Solid-State Sources. Electronics Letters, June 1988, vol.24, №.13, pp.791–793.
Judaschke R., Hoft M., Schunemann K., Quasi-Optical 150-GHz Power Combining Oscillator. IEEE Microwave and Wireless Components Letters, May 2005. vol.15, No.5, pp.300–302.
Kuz’michev I. K, Matching of the quasi-optical open resonators with the waveguide transmission line. Izv. Vuzov. Radiofizika, April 2000. vol. 43, pp. 325-334.
Машковцев Б.М., Цибизов К.Н., Емелин Б.Ф. Теория волноводов: монография. Москва: Наука,1966. 351с.
Почерняев В.Н., Цибизов К.Н. Теория сложных волноводов: монография Киев: Науковий Світ, 2003. 224 с.
Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р., Смирнов В.П. Справочник по элементам волноводной техники. Москва: Изд-во Советское радио, 1967. 652 с.
Kogelnik, H., 1964. Coupling and convertion coefficients for optical modes. In: Quasi-Optics. Symposium on Quasi-Optics Proceedings. Brooklyn, NY: Polytechnic Press. pp. 333–347.
Бурштейн Э.Л. О мощности, принимаемой антенной при падении на нее неплоской волны. Радиотехника и электроника. Москва, 1958. Т.3. №2. С.186–189.
Kay A. Near-Field Gain of Aperture Antennas. IRE Trans. Antennas Propag., November 1960. vol 8. № 6. pp. 586-593.
Kuzmichev I.K., Exitation efficiency of quasioptical resonance systems. Telecommun. Radio Eng. 2009. vol. 68. №.1. pp. 49-63.
Вольман В.И., Пименов Ю.В. Техническая электродинамика / Под ред. Б. З. Айзенберга. Москва: Связь, 1971. 488 с.
Звелто О. Принципы лазеров / Пер. с англ. под ред. Т. А. Шмаонова. Москва: Мир, 1990. 558с.
Кузьмичев И.К. Апертурное возбуждение открытых резонаторов миллиметрового диапазона: Автореф. дис. канд. физ.-мат. наук: 01.04.03. Ростов-на-Дону: РГУ, 1991. 16 с.
Шестопалов В. П., Кириленко А. А., Масалов С. А., Сиренко Ю. К. Резонансное рассеяние волн. Том 1. Дифракционные решетки. Киев: Наукова думка, 1986. 232 с.
Вайнштейн Л.А. К электродинамической теории решеток. Часть 1. Электроника больших мощностей. Москва, 1963. Вып. 2. С. 26–56.
Андросов В.П., Кузьмичев И. К. Влияние на эффективность возбуждения открытого резонатора его параметров и связи с волноводом. Харьков, 1987. 30 с. (Препринт / Ин-т радиофизики и электроники АН УССР; № 354).
