ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Уменьшение потерь в волноводах и резонаторах СВЧ из "Колебания и волны в электро-динамических системах с потерями " Важной характеристикой волноводов и резонаторов, существенно влияющей на технико-экономические показатели устройств и систем, в которых они используются, являются тепловые потери. В ряде случаев приходится применять специальные меры для снижения потерь. Рассмотрим их кратко. [c.11] Во-первых, это меры технологического характера — тщательная шлифовка внутренних поверхностей, нанесение специальных покрытий (серебрение, например) и т. д. Мы не будем останавливаться на этих вопрс сах, отметим только, что имеющиеся здесь возможности в значительной степени исчерпаны, а требуемые для многих случаев уровни потерь остаются недостигнутыми. Поэтому весьма актуален поиск физических явлений и эффектов, позволяющих уменьшить потери. [c.11] Поэтому возникает проблема подавления -паразитных мод, иными словами — разрежения спектра собственных волн круглого волновода. Один из путей ее решения — использование кольцевых и спиральных волноводов, мелкопериодических гофр на внут- ренней поверхности круглого волновода и т. д. При правильном выборе параметров потери рабочей волны хотя и несколько возрастают по сравнению с гладким круглым волноводом, но достигается значительное подавление паразитных волн. Тем не менее и такие волноводы в режиме малых потерь являются многоволновыми и потому весьма чувствительными к влиянию тех или иных нерегулярностей волноводных трактов. [c.12] Радикальный путь уменьшения потерь — использование техники низких температур (криогенной техники), в частности явления сверхпроводимости. Сверхпроводящие волноводы и резонаторы имеют рекордные показатели по затуханию и добротности (так, например, собственная добротность сверхпроводящих объемных резонаторов может достигать значений Q IO - IO ). Это делает их незаменимыми в уникальных физических экспериментах, когда требуется предельно высокая чувствительность измерительной аппаратуры. Теории сверхпроводящих электродинамических систем посвящена монография [8]. [c.13] Однако использование криогенной техники (причем в диапазоне гелиевых температур) не всегда желательно, а во многих случаях просто неприемлемо. Кроме того, для ряда целей, например, для создания детекторов гравитационного излучения добротность современных сверхпроводящих резонаторов недостаточна [9]. Это указывает на необходимость поиска новых решений в данной области. [c.13] Следует сказать, что использование техники низких температур в СВЧ-устройствах не ограничивается явлением сверхпроводимости. Укажем, в частности, на эксперименты с высокодобротными охлажденными кольцевыми диэлектрическими резонаторами нз сапфира (без сверхпроводящей пленки) [10]. [c.13] Большое значение в плане уменьшения потерь в СВЧ-системах имеет оптимизация формы волноводов и резонаторов. Распространенное в литературе мнение, что оптимальным по омической добротности является сферический резонатор как имеющий минимальную площадь поверхности при фиксированном объеме, недостаточно обосновано (см. 3.2). В настоящее время эта проблема является открытой. [c.13] История данного вопроса изобилует сенсационными сообщениями о якобы аномально малых потерях в некоторых электродинамических системах сложных форм. В дальнейшем многие из этих результатов не подтвердились (см. ниже). Это не удивительно, если принять во внимание отсутствие адекватных методов расчета и огромные трудности точного измерения малых потерь. [c.13] Второй (назовем его косвенным ) пусть состоит в подбора формы таким образом, чтобы обеспечивалось эффективное разрежение спектра собственных волн, в частности подавление низших (основных) волн. Тогда в качестве рабочего можно использовать высокодобротное колебание,.-которое по структуре поля является высшим, фактически же — оказывается основным. По этому принципу работают, по-видимому, желобковые волноводы [12], которым сейчас уделяется большое внимание, как перспективным линиям передачи волн миллиметрового диапазона Пока измеренные потери значительно превышают расчетные (см. [12]), но тем не менее они значительно ниже, чем, например, в прямоугольных волноводах. Для достижения полной ясности необходимы дополнительные исследования. [c.14] Однако более тш,ательный теоретический анализ [14, 15] не подтвердил этого весьма привлекательного результата (в монографии [15] анализируются причины получения ошибочных выводов [13]). Согласно строгому решению [14] потери Яол-волн в гофрированном волноводе возрастают, хотя и не очень значительно. На некоторое время упомянутая идея была забыта. [c.14] Для разрежения спектра собственных волн весьма существен открытый характер указанных волноводов. [c.14] И наконец, еще один путь создания волноводов и резонаторов с малыми потерями заключается в использовании диэлектрических вставок специальной формы, т. е. в переходе от металлических к металлодиэлектрическим системам. Идея такого подхода состоит в том, чтобы введением диэлектрической вставки вызвать перераспределение собственного поля, приводящее к отжатию последнего от металлических стенок и уменьшению джоулевых потерь в них. Если потери в диэлектрике достаточно малы, то полные потери могут оказаться меньше, чем в соответствующем волноводе или резонаторе без диэлектрика. Ряд конкретных систем такого типа предложен в работах [20—22] одна из них подробно рассмотрена в 2.5. Такие системы перспективны для достаточно коротких волн (миллиметровых и короче). [c.15] Большое значение при создании волноводов и резонаторов с малыми потерями имеет строгая и точная теория, позволяющая не только рассчитывать характеристики конкретных электродинамических систем, но и формирующая систему адекватных данной задаче физических образов и качественных представлений. Изложению такой теории и посвящена данная книга. Эта теория базируется на принципах и методах макроскопической электродинамики. В следующем параграфе мы приведем с некоторыми пояснениями краткую сводку основных положений электродинамики, необходимых для дальнейшего изложения. [c.15] Вернуться к основной статье