Биконический резонатор

Биконические резонаторы относятся к классу нерегулярных резонаторов характерная особенность которых проявляется в наличии в резонансном объеме областей с резко выраженным экспоненциональным законом изменения электромагнитного поля. Наличие областей с таким распределением поля, позволяет удалить часть металлической поверхности без существенных потерь добротности для некоторых типов колебаний и тем самым реализовать открытую резонансную систему.

Открытые резонансные системы обладают более разреженным спектром резонансных частот по сравнению с закрытыми.

Вторым преимуществом биконических резонаторов, по сравнению с круглыми, является то, что у первых снято вырождение между азимутально-симметричными магнитными типами колебаний (Н011) и несимметричными электрическими типами (Е111). Для круглых резонаторов наибольшую добротность имеют азимутально-симметричные магнитные колебания низшим из которых Н011.

Этот тип колебаний нашел широкое применение в технике СВЧ (волномеры, дискриминаторы, фильтры). Однако практическая реализация высокой добротности этого типа колебаний в круглых резонаторов связана с рядом технологических трудностей. Так из-за вырожденности этого типа колебаний (одинаковая резонансная частота с колебанием Е111) Незначительное отклонение формы поперечного сечения от круга (эллиптичность) или неперпендикулярности торцевых стенок резонатора его продольной оси приводят к резкому снижению добротности.

Снижение добротности объясняется тем, что из-за вырожденности колебаний Н011 и Е111 и несоблюдения достаточно жестких технологических допусков (особенно в миллиметровом диапазоне длин волн) на резонансных частотах происходит интенсивная передача энергии колебания Н011 в энергию колебания Е111, добротность которого существенно ниже.

Отсутствие вырождения между указанными типами колебаний у биконических резонаторов позволяет достичь высоких значений добротности без чрезмерно жестких технологических допусков. Кроме того, соответствующим выбором угла при вершине конуса можно сформировать электромагнитное поле, сконцентрированное в основном в центральной области резонатора и “оттянутое” от его периферии, что способствует еще большему повышению добротности. Это становится возможным благодаря тому, что в центральной части биконического резонатора радиус сечения круглого волновода существенно больше, чем в периферийной области, так как известно, что с увеличением радиуса круглого волновода омические потери в последнем уменьшаются.

multilayer-galvanoplastics-5-02.jpg
multilayer-galvanoplastics-4-01.jpg

Рисунок 1.

(а) – Приемопередающий модуль с малогабаритным электрически управляемым генератором на диоде Ганна со стабилизирующем биконическим резонатором (полоса рабочих частот – 40-44 ГГц; мощность потребления – не больше 250 мВт; масса – не больше 20,0 г; габариты – не больше 50х80 мм.);
(б) – биконический резонатор в разрезе;
(в) – генератор на диоде Ганна со стабилизирующем биконическим резонатором.