Предисловие ..................................................... 8
Введение ....................................................... 11
Глава 1. Основные положения теории электромагнитного поля
и основы техники экспериментальных исследований ....... 18
1.1. Основные положения теории электромагнитного поля .......... 18
1.1.1. Уравнения Максвелла ................................ 18
1.1.2. Электромагнитные свойства сред ..................... 19
1.1.3. Граничные условия .................................. 23
1.1.3.1. Условия на границах раздела сред .......... 23
1.1.3.2. Условие на поверхности идеального
проводника ................................ 23
1.1.3.3. Условие М.А. Леонтовича на поверхности
проводника ................................ 24
1.1.4. Энергетические характеристики ...................... 25
1.1.4.1. Поверхностная плотность тепловых потерь
в проводнике .............................. 25
1.1.4.2. Плотность энергии электромагнитного
поля ...................................... 25
1.1.4.3. Добротность ограниченного объeма .......... 25
1.1.5. Условие излучения электромагнитной энергии ......... 26
1.2. Основы техники экспериментальных исследований ............. 26
1.2.1. Измерения основных параметров резонаторов .......... 27
1.2.1.1. Измерение коэффициента ослабления ......... 28
1.2.1.2. Измерение коэффициента передачи ........... 30
1.2.1.3. Измерение коэффициента стоячей волны ...... 31
1.2.1.4. Измерение амплитудно-частотной
характеристики резонатора ................. 31
1.2.1.5. Измерение больших значений добротности .... 34
1.2.2. Измерения пространственного распределения поля ..... 34
1.3. Способы возбуждения квазиоптических твердотельных
резонаторов ............................................... 36
1.3.1. Локальные элементы связи с ЦДР ..................... 37
1.3.2. Распределенная связь ЦДР с диэлектрическим
волноводом ......................................... 39
1.3.3. Связь с ЦДР, выполненным из анизотропного
диэлектрика ........................................ 46
1.3.4. Связь с полуцилиндрическим диэлектрическим
резонатором ........................................ 47
1.3.5. Осуществление связи с шаровым диэлектрическим
резонатором ........................................ 50
1.4. Методы селекции типов колебаний в квазиоптических
диэлектрических резонаторах ............................... 53
1.4.1. Формат ЦДР, определяющий его частотный спектр ...... 54
1.4.2. Выбор типов гибридных колебаний .................... 55
1.4.3. Селекция мод с различными аксиальными индексами .... 56
1.4.4. Селекция мод в диэлектрических резонаторах со
сферическими поверхностями ......................... 57
1.4.5. Подавление мод с радиальными индексами S > 1 ....... 58
1.4.6. Разрежение спектра ЦДР с модами, у которых
S = l = 1 .......................................... 60
Глава 2. Квазиоптические диэлектрические резонаторы с
цилиндрической поверхностью ........................... 62
2.1. ЦДР с продольной осью, параллельной оси анизотропии ....... 62
2.1.1. Резонатор с идеально проводящими торцевыми
поверхностями ...................................... 62
2.1.2. ЦДР с торцевыми поверхностями с конечной
проводимостью ...................................... 65
2.1.3. Добротность ЦДР .................................... 68
2.1.4. Аксиально-однородные и азимутально-однородные
колебания .......................................... 72
2.2. Спектральные и энергетические характеристики ЦДР .......... 72
2.3. ЦДР с торцевыми ВТСП поверхностями ........................ 76
2.4. Влияние ограниченности радиальных размеров торцевых
проводящих поверхностей на спектральные характеристики
ЦДР ....................................................... 78
2.5. Исследования ЦДР без проводящих торцевых поверхностей ..... 80
2.5.1. Колебания "шепчущей галереи" ....................... 81
2.5.2. Аксиальный индекс собственных колебаний ............ 83
2.5.3. Собственные колебания лейкосапфирового
резонатора ......................................... 85
2.6. ЦДР с продольной осью, перпендикулярной к оси
анизотропии ............................................... 87
2.6.1. Характеристическое уравнение резонатора ............ 88
2.6.2. Квазиаксиально-однородные колебания ................ 90
2.7. Междутиповая связь колебаний "шепчущей галереи" ........... 93
2.7.1. Сетки резонансных частот для мод, различающихся
радиальными или аксиальными индексами .............. 94
2.7.2. Междутиповое взаимодействие в ЦДР с форматом
7,36 ............................................... 95
2.7.3. Междутиповое взаимодействие в ЦДР с форматом
2,71 ............................................... 99
2.8. ЦДР с секторальными неоднородностями. Расщепление
вырожденных колебаний .................................... 100
2.9. Междутиповая связь в неоднородной резонаторной
структуре ................................................ 103
2.9.1. Междутиповое взаимодействие в системе сдвоенных
ЦДР ............................................... 103
2.9.2. Междутиповое взаимодействие в системе из ЦДР
с различными продольными размерами ................ 108
Глава 3. Квазиоптические радиально-слоистые цилиндрические
диэлектрические резонаторы ........................... 110
3.1. Радиально-двухслойный ЦДР с идеально проводящими
торцевыми поверхностями .................................. 110
3.1.1. Распределение поля собственной аксиально-
однородной моды при различных радиусах
внутреннего слоя резонатора ....................... 119
3.1.2. Распределение поля собственной аксиально-
однородной моды при различных значениях
диэлектрической проницаемости внутреннего слоя .... 120
3.2. Механизм резонансного поглощения энергии в капиллярно-
волноводном резонаторе ................................... 123
3.3. Радиально-трeхслойный ЦДР с идеально проводящими
торцевыми поверхностями .................................. 127
Глава 4. Полуцилиндрические диэлектрические резонаторы ........ 133
4.1. Собственные колебания полуцилиндрического
диэлектрического резонатора с идеально проводящими
плоскими поверхностями ................................... 133
4.2. Полуцилиндрический диэлектрический резонатор с
цилиндрической неоднородностью ........................... 135
4.2.1. Преобразование компонент вектора при переходе
между системами (ρ, φ, z) и (ρ’, φ’, z’) .......... 136
4.2.2. Аксиально-однородные колебания .................... 137
4.3. Резонатор с идеальным проводником ........................ 143
4.3.1. Аксиально-однородные колебания в резонаторе
с идеально проводящей цилиндрической
неоднородностью ................................... 144
4.3.2. Аксиально-однородные колебания в экранированном
резонаторе с идеально проводящим штырeм ........... 145
4.4. Связанные полуцилиндрические диэлектрические
резонаторы ............................................... 146
4.4.1. Двумерная модель резонаторной структуры из двух
полуцилиндрических диэлектрических резонаторов .... 146
4.4.2. Междутиповое взаимодействие в резонаторной
структуре из двух полуцилиндрических
диэлектрических резонаторов ....................... 148
Глава 5. Квазиоптические диэлектрические резонаторы со
сферической поверхностью ............................. 151
5.1. Собственные колебания анизотропного диэлектрического
шара ..................................................... 152
5.1.1. Компоненты электромагнитного поля ................. 154
5.1.2. Решения полевых дифференциальных уравнений ........ 155
5.1.2.1. Нулевое приближение (изотропный шар) ..... 157
5.1.2.2. Линейное приближение (анизотропный
шар) ..................................... 160
5.1.3. Собственные частоты и добротности
лейкосапфирового шара ............................. 162
5.1.4. Азимутально-однородные колебания .................. 164
5.2. Поверхностные электромагнитные колебания в
полупроводниковом шаре ................................... 167
5.2.1. Собственные колебания полупроводникового шара ..... 167
5.2.2. ТМ колебания в антимонид-индиевом шаре ............ 170
5.3. Собственные колебания сфероидального диэлектрического
резонатора ............................................... 173
5.3.1. Компоненты электромагнитного поля ................. 173
5.3.2. Характеристические уравнения резонатора в
линейном приближении (шара) ....................... 175
5.3.3. Характеристические уравнения резонатора в
квадратичном приближении (сфероида) ............... 177
5.4. Экспериментальные исследования сфероидального
диэлектрического резонатора .............................. 179
5.4.1. Возбуждение диэлектрического эллипсоида
вращения (сфероида) ............................... 180
5.4.2. Возбуждение диэлектрического пол эллипсоида,
расположенного на металлическом зеркале ........... 182
Глава 6. Полушаровые диэлектрические резонаторы ............... 184
6.1. Изотропный полушаровой диэлектрический резонатор с
идеально проводящей плоской поверхностью ................. 184
6.1.1. Собственные колебания резонатора .................. 185
6.1.2. Моды "шепчущей галереи" ........................... 187
6.1.3. Пространственная селекция собственных мод
полушара .......................................... 190
6.1.4. Шаровой пояс ...................................... 191
6.1.5. Спектральные и энергетические характеристики
полушара, погружeнного в изотропную среду ......... 192
6.2. Возбуждение электромагнитных колебаний в полушаровом
диэлектрическом резонаторе радиальным магнитным
диполем .................................................. 194
6.2.1. Вынужденные колебания резонатора .................. 194
6.2.2. ТЕ колебания во фторопластовом полушаре ........... 199
6.3. Диэлектрический полушар с импедансной плоской
поверхностью ............................................. 201
Глава 7. Гиротропные резонаторы ............................... 207
7.1. Гиротропный цилиндрический резонатор ..................... 207
7.1.1. Полупроводниковый резонатор ....................... 213
7.1.2. Ферритовый резонатор .............................. 215
7.2. Гиротропный шаровой резонатор ............................ 217
Глава 8. Генераторы с квазиоптическими резонаторами ........... 223
8.1. Стабилизация автогенераторов путем затягивания частоты
и автоподстройки ......................................... 223
8.2. Диэлектрический резонатор как элемент интегральной
схемы .................................................... 226
8.3. Автогенераторы на диодах Ганна ........................... 227
8.3.1. Стабилизация частоты генератора ЦДР ............... 227
8.3.2. Стабилизация частоты генератора
полуцилиндрическим диэлектрическим резонатором .... 229
8.3.3. Стабилизация генератора резонаторной структурой
из двух полуцилиндров ............................. 231
8.4. Работа автогенераторов на диодах Ганна на общую
резонаторную нагрузку .................................... 233
8.4.1. Суммирование мощностей генераторов с
использованием полуцилиндрического
диэлектрического резонатора ....................... 233
8.4.2. Суммирование мощностей генераторов с
использованием двух полуцилиндрических
диэлектрических резонаторов ....................... 235
8.4.3. Двухчастотная генерация с малым частотным
различием ......................................... 236
Глава 9. Определение электрофизических параметров веществ ..... 239
9.1. Влияние импеданса проводящих поверхностей
диэлектрических резонаторов на их спектральные
и энергетические характеристики .......................... 239
9.1.1. Диэлектрические резонаторы с идеально
проводящими плоскостями ........................... 239
9.1.2. Диэлектрические резонаторы с импедансными
поверхностями ..................................... 241
9.1.3. Коэффициент включения проводника .................. 244
9.1.4. Собственные частоты и добротности
диэлектрических резонаторов с импедансными
поверхностями ..................................... 246
9.1.5. Поверхностный импеданс проводящих плоскостей
диэлектрических резонаторов ....................... 248
9.2. Методика определения электрофизических параметров
веществ .................................................. 249
9.2.1. Определение диэлектрической или магнитной
проницаемости вещества ............................ 249
9.2.2. Определение поверхностного импеданса проводника ... 251
9.3. Измерительные ячейки для определения электрофизических
параметров веществ ....................................... 253
9.3.1. Определение электрофизических параметров
веществ с использованием ЦДР ...................... 253
9.3.2. Определение электрофизических параметров
веществ с использованием радиально слоистых ЦДР ... 254
9.3.3. Определение электрофизических параметров веществ
с использованием шаровых и полушаровых
диэлектрических резонаторов ....................... 259
Приложение А. Обобщeнный тензор диэлектрической или
магнитной проницаемости ......................... 262
А.1. Обобщeнный тензор εv или μv в
цилиндрической системе координат ................ 262
А.2. Обобщeнный тензор εv или μv, в сферической
системе координат ............................... 263
Приложение Б. Перевод обозначений из абсолютной системы
единиц в практическую MKS ....................... 264
Приложение В. Соотношение между единицами систем CGS и MKS .... 265
Приложение Г. Важнейшие константы ............................. 265
Приложение Д. Перечень основных условных обозначений .......... 266
Список литературы ............................................. 270
|
