![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Свободные колебания в объемных резонаторах.
Объемным резонатором называется часть пространства, ограниченная металлической стенкой. В таком объёме могут происходить ЭМ колебания, поэтому на СВЧ он имеет свойства колебательного контура с высокой добротностью:
Т.к. резонаторы используют как элементы сложных устройств, соединяемых различными линиями передачи, то обычно их выполняют в виде закороченных отрезков линий передач, соответственно резонаторы могут быть открытого и закрытого типа. Из уравнений Максвелла следует выражение для частоты ЭМ колебаний: То есть резонансная частота зависит от структуры поля в резонаторе, его формы и размера. Причём таких частот может быть бесконечное число. Колебание, резонансная частота которого минимальна, называется низшим. Могут существовать вырожденные волны. Добротность резонаторов определяется формулой: Общие потери в резонаторе: Δ W=Δ Wмет + Δ Wд +Δ W∑ +Δ Wвн, где Δ Wвн – энергия, отдаваемая во внешние устройства, Δ Wмет – энергия потерь на металле, Δ W∑ - энергия, теряемая за счет воздействия радиации, Δ Wд – энергия, теряемая в диэлектрике. Если нет у резонатора внешнего устройства, которому он отдает энергию, то добротность ненагруженного резонатора называется – собственной добротностью: и
Энергия потерь в металлических оболочках определяется: и
Структуры полей определяются числом вариаций не только по поперечным координатам, но и по продольной координате. При этом чтобы различать типы волн используют третий индекс: Нmnp, Emnp, Tp, HЕmnp. Р – число стоячих полуволн вдоль продольной оси, при этом для Е Например, в прямоугольном резонаторе один из основных типов Н101 (см. рисунок 10.4), причём эта структура не отличается от структуры Е110, эти два колебания – вырожденные.
Резонансная длина волны в прямоугольном резонаторе для волн Е и Н
добротность этого колебания (с учетом металла):
На практике добротность в сантиметровом диапазоне достигает нескольких десятков тысяч. В цилиндрическом резонаторе резонансная длина волны:
Наиболее часто на практике используют Е010, Н111, Н011. Особенность колебания Е010 состоит в том, что резонансная длина волны не зависит от L, поэтому можно делать малогабаритные резонаторы, его добротность
Использование колебания Н011 обусловлено тем, что у этого колебания очень малые потери, что соответствует добротности сотни тысяч (реально несколько меньше), например, при f0=10ГГц; 2∆ f = 100ГГц. Что позволяет использовать его в качестве высокочастотного волномера.
У коаксиального резонатора (см. рисунок 10.6):
Для уменьшения геометрической длины коаксиального резонатора между центральным проводником и короткозамкнутой пластиной оставляют зазор. Ширина зазора выбирается меньше четверти длины волны, чтобы концентрация Е в зазоре была максимальна. Резонансной будет частота, на которой ХС = ХL и определяется из равенства:
где Z B -волновое сопротивление коаксиальной линии. Добротность у такого резонатора меньше, чем у обычного резонатора. Когда требуется взаимодействие электромагнитного колебания с электронным потоком, используется тороидальный квазистационарный резонатор (рисунок 10.7) или магниронный резонатор (рисунок 10.8). Характерная особенность квазистационарных резонаторов – четко выраженное разделение электрических и магнитных полей. Это позволяет рассматривать такие резонаторы как колебательные контуры с сосредоточенными параметрами:
Для тороидального квазистационарного резонатора:
Для ячейки магнитронного резонатора:
Существуют резонаторы (рисунок 10.9), в которых явление резонанса имеет место в режиме бегущей волны (свёрнутая в кольцо линия передачи её длина должна быть кратна числу λ В). Добротность нагруженного резонатора на практике проще определить из формулы: Q = f0 / (2∆ f0, 5). Время затухания колебаний: t ≈ 0, 75Q/f0 (за это время энергия уменьшится в 100 раз).
|