УДК:621.372.822
ЗАПОРОЖЕЦ Д. В., ЯКОВЕНКО Н.А.
прямоугольного
сечения axb, заполненного
диэлектриком
с

диэлектрической проницаемостью e , Lв - длина волны в этом волноводе.
РАСЧЁТ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ
Для волны типа H параметры Z , Z и L имеют вид
ШИРОКОПОЛОСНЫХ ОПТИЧЕСКИХ МОДУЛЯТОРОВ
10
0
1
kb0
Кубанский государственный университет,
Z 0 =
, (4)
2
2
4a - L
г. Краснодар, ул. Ставропольская 149, тел.(8612) 337362
0

где k - постоянный множитель, зависящий от выбора концепции
Приводятся расчёты электродинамической сверхвысокочастотной
рассмотрения эквивалентных параметров [1] (наиболее часто используемое
(СВЧ)
системы
внешнего
сверхбыстродействующего
модулятора
его значение - 480p Ом),
объёмного типа на монокристалле ниобата лития, помещённого в отрезок
L - длина волны электромагнитного излучения, которое генерирует
волновода при его возбуждении вблизи частоты отсечки.
СВЧ генератор.
Анализ параметров коротких отрезков линий передачи, заполненных
kb
диэлектриком, можно проводить методом эквивалентных волновых
Z1 =
, (5)
2
2
сопротивлений [1]. Рассмотрим отрезок прямоугольного волновода
4a e - L
сечением axb длиной L, заполненный диэлектриком с диэлектрической
2aL
проницаемостью e , который состыкован с отрезком прямоугольного
Lв =
, (6)
2
2
4a e - L
волновода сечением a xb . Полагаем, что размеры a и b ,
0
0
0
0
Если учесть малость длины отрезка L (L<<Lв), то выражение (1) можно
соответственно больше размеров a и b. Полагаем также, что длина вставки
получить в таком виде:
- диафрагмы мала, как и мала ширина щели b. Последнее требование
2 2 2
2
2 2
p L b (4a e - L )
выходит из предположения малости поперечного сечения монокристалла.
0
k = 1-
. (7)
Для упрощения полученных аналитических соотношений можно будет
2 2
2
2
2
2 2 2
2
2 2
4a b L (4a - L ) +p L b (4a e - L )
0
положить равенство L и b.
Расчёт
амплитудно-частотной
характеристики
такой
Для упрощения анализа соотношения (7) положим L=b и a =a e .
0
электродинамической системы проведём путём вычисления коэффициента
Полоса пропускания на уровне 0,5
передачи по мощности k [1].
pb0
k= 1- |Г|2,
(1)
L
D
= L0 - 1
L = 2a0 1
( -
) . (8)
4 2
a /
2 2
e +p b
где Г - коэффициент отражения по напряжённости электрического
0
0
поля в точке стыка волноводов различного поперечного сечения.
Как следует из (8), важнейшим параметром, определяющим
Z
широкополосность электродинамической системы, является высота стенки
вх - Z 0
Г =
, (2)
Z
волновода b - чем она меньше, тем больше L
0
D
.
вх + Z 0
Приведём оценки полосы пропускания электродинамической
где Zвх - входное сопротивление в точке соединения волноводов, Z -
0
системы, построенной на базе волноводов стандартного сечения a x b =
эквивалентное волновое сопротивление волновода прямоугольного
0
0
28,5мм x 12,5мм, состыкованных с волноводом сечения axb = 5,4мм х
сечения a x b .
0
0
0,5мм. Значение a=5,4мм получается из соотношения a = a /
, где
0
e
Z 0 + Z1th(2 L
p / вL)
Zвх = Z1
, (3)
e =28 - значение диэлектрической проницаемости Z-среза монокристалла
Z1 + Z 0th(2 L
p / вL)
ниобата лития при направлении вектора напряжённости электрического
где Z - эквивалентное волновое сопротивление волновода
поля перпендикулярно плоскости среза. Значение b=0,5мм выбрано как
1

малая величина, по сравнению с L =2 a =57мм. Кроме того, технология
0
0
изготовления кристаллов с такими поперечными размерами несложна.
Расчёт по формуле (8) даёт значение
L
D
=2,03мм. Учитывая, что
коэффициент передачи k=1 будет на частоте генератора 5263МГц, получим
полуширину полосы пропускания - Df=195МГц. При значении b =5мм
0
L
D
=9,99мм, а Df=1120МГц; при b =1мм L
0
D
=41,0мм, а Df=13500МГц.
Видим,
что
можно
обеспечить
большую
широкополосность
электродинамической системы при уменьшении размера b .
0
Экспериментальные исследования были проведены на макете СВЧ
модулятора оптического излучения, построенного на базе монокристалла
ниобата лития с использованием поперечного эффекта. Размеры кристалла
- 0,5мм х 0,5мм при его длине 2,0мм. Кристалл помещён в медную
диафрагму толщиной 0,5мм, шириной щели 0,5мм, длиной 17,0мм.
Элементами связи служили две покрытые серебром латунные диафрагмы
размерами 17,0мм х 8,0мм, толщиной 1,0мм, взятые как отрезки
запредельных волноводов. Эта конструкция была закреплена между двумя
стандартными коаксиально-волноводными переходами с размерами стенок
28,5мм х 12,5мм. Снималась зависимость сигнала из фотодетектора от
частоты СВЧ модуляции. На частоте 6025 МГц удалось получить сигнал
30мкВ при уровне шума меньше 1 мкВ. Полоса пропускания модулятора
по уровню 3 дБ составила 365МГц.
При
подстройке
электродинамической системы в резонанс удаётся получить выходной
сигнал до 85 мкВ. Однако полоса пропускания уменьшается до 120 МГц.
Подбором углов поляризатора и анализатора можно погасить
немодулированый сигнал до уровня 500 мкВ и достичь глубины
модуляции около 15%.
Поэтому дальнейшим этапом наших исследований будет создание
электродинамической системы на базе монокристалла с поперечными
рамерами 0,15мм х 0,15мм, которая позволит получить модуляторы
оптического излучения, пригодные для практического использования.

1. Григорьев А.Д. Электродинамика и техника СВЧ. М.: Высш. шк., 1990.