Моделирование резонатора на основе профилированного сапфирового диска

Аннотация

Сапфировые диэлектрические резонаторы (СДР), используемые в малошумящих автогенераторах СВЧ для повышения добротности колебательной системы, обычно имеют вид гладкого цилиндра или диска внутри соосного металлического экрана. Поскольку высокой добротностью обладают только высшие азимутальные моды СДР, в окрестности выбранной моды существует множество дополнительных резонансов, способных нарушить нормальную работу генератора. Можно полагать, что если убрать диэлектрик из областей слабого поля выбранного типа колебания, то подобное изменение формы диска незначительно повлияет на плановое колебание, одновременно существенно воздействуя на мешающие моды. Описанное преобразование, называемое далее профилированием цилиндрической поверхности, не разрушает структуру поля рабочей моды. Одновременно у мешающих колебаний, имеющих другие азимутальные индексы, возникающая в результате изъятия части материала диска периодическая неравномерность структуры заметно сдвигает резонансные частоты и порождает дополнительные дифракционные потери. В настоящей работе впервые рассмотрена возможность разрежения спектра мешающих колебаний СДР вблизи предписанной частоты путем замены гладкой цилиндрической стенки СДР некой периодически профилированной поверхностью. Учет специфики структуры поля в гладком диске и дополнительные соображения, связанные с технологией обработки сапфира, приводят к выводу о целесообразности использования для апробации предлагаемого метода профилирования цилиндрической стенки СДР окружностями. При выполнении расчетов записывались частота и добротность моды, соответствующей картине поля НЕ6, и частоты ближайших по частоте мод слева и справа от базового резонанса при разных значениях формата диска. Изменение формата выполнялось вариацией высоты сапфирового керна. Управление процессом осуществлялось дополнительной специализированной программой, которая автоматизировала запись результатов и запуск расчета в программе CST Microwave Studio. Рассмотренные в работе примеры показывают, что изложенный метод разрежения спектра мешающих колебаний вблизи частоты плановой моды СДР путем профилирования цилиндрической поверхности может быть весьма эффективен при надлежащем выборе параметров профилирования.