Главная  Коаксиальные и полосковые линии (СВЧ) 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 [ 10 ] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

йС. 15) длиной, равной целому числу полуволн в волноводе, за-(Рутых с обоих концов металлическими стенками.

Обозначение типов колебаний, которые могут возбуждаться полых резонаторах, похоже на принятые обозиачения типов волн волноводах. Добавляется только третий индекс р. Например, li или Етяр. Этот индекс р указывает количество максимумов /юляволн типов Hmn И Ет , на длине резонатора ipes. Таким / боазом 1рез=вР/2, где р ~ целое положительное число. В нрямо-/ угольиы'х резонаторах наиболее i часто используются колебания типа Hioi (читается аш один-ноль-один ), а в круглых цилиндрических- Нои или boic В последнем случае длину резонатора можно выбирать произвольно, так как она не связа на с рабочей длиной волны. Но обычно ее выбирают меньше половины длины волны Б волноводе. Иногда такой резонатор называют радиальньш.

В области длинных^ средних и коротких радиоволи ре- аоиансный контур полностью .характеризуется тремя основными параметрами: индуктивностью L, емкостью С и активным сопротивлением г (рис. 16,а). Все остальные параметры, например резонансная частота сйо = = ll]/LC, собственная добротность Qt, = (i)oLlr, являются производными, т. е. они выражаются через L, С и г. Параметры L, С и г называются основными потому, что на низких частотах их можно измерить экспериментально, а совокупность их полностью характеризует свойства контура.


Рис. 15. Волноводные резонаторы.

а - прямоугольный; б - цилиндрический.


экв


6=0) С

экв b)L,g

Рис. 16. Эквивалентные схемы.

о - параллельного контура низких частот; б, в - объемного резонатора.

На СВЧ ие только затруднительно измерить L, С и г, но и в ряде случаев вообще невозможно разделить в резонаторе области ВДдуктивности и области емкости, например, при колебаниях вида в прямоугольном резонаторе. Поэтому для полых резонаторов -За основные принимают другие три параметр.а, которые мо.з^сио из-



мерить. Обычно в СВЧ диапазоне основными параметрами считают резонансную частоту соо (или собственную резонансную длину волны Хо= 1 о=2л/сйо), собственную добротность Qo и активную проводимость G, являющуюся мерой активных потерь в резонаторе.

Зиая соо, Qo и G, можрю рассч1итать значения эквивалентных индуктивности Ьакв И емкости Сэкв (см. рис. 16,6). Интересно, что (в большинстве случаев) для каждого вида колебаний в полом резонаторе существуют свои, отличные от других видов колебаний зна. чения Шо, Qo, G, а также Lskb и Сокв. Таким образом, эквива.чент-ные схемы полого резонатора, изображенные па рис. 16,6, в, действительны только для одного вида колебаний полого резонатора для определенных значений /.экв, Сокв и G.

Для характеристики объемных резонаторов можно в качестве основных выбрать и такие параметры: резонансную частоту соо, волновое сопротивление р=У^.экб/Сэкв и затухание резонатора б = =,l/Qo=f)G.

Заметим, что соо имеет размерность рад/с; G - 1/Ом (симеис, Сим); р .выражается в омах, если Ьжв в генри, а Сэкв - в фарадах, б, как и Qo, являются безразмерными величинами. Волновое сопро-тивлепие р является важной характеристикой объемного резонатора Конструкторы элетстронных приборов СВЧ стремятся так конструировать объе.миые резонаторы, чтобы р было как можио больше, т. е. прк данном соо или данном значении произведения /-эквСэкв стремятся уменьшить емкость Сэкв и увеличить LsKB- При этом оказывается, что потери СВЧ энергии в резонаторе, идущие на нагрев стенок, уменьшаются.

Собственная резонансная длина волны определяется размерами резонатора и типом колебаний. Для прямоугольных резонаторов

рез

Для цилиндрических резонаторов подобные общие соотношения имеют более сложный вид. В .про той форме их можно записать только для определенных типов колебаний. Например, для колебаний вида Еою величина Яо=2,62Л, а 1рез<2,1Я.

Для колебаний вида Нои

2/рез

1+ 1.48/р^ез/-

Чтобы иметь возможность изменять резонансную частоту в процессе работы, одну из стенок резонатора выполняют в виде передвижного поршня (если это не колебания вида Бою).

Объемным резонаторам присущи те же положительные качества, что и волноводам. Отсутствие потерь на излучение и в диэлектрике, малая величина потерь в металлических стенках приводят к тому, что резонаторы в диапазоне СВЧ имеют высокую собствеп-иую добротность Qo. Приближенно собственную добротность объемного резонатора можно рассчитать как удвое iHoe отношение объема, в котором запасается я-ергия электромагнитного поля к объему, Б котором она расхощуется:

2F Qo = gs-.



у объем резонатора; б - толщина поверхностного слоя (тол-

Jna скиислоя); площадь внутреннейповерхности стенок резо-

собствениая добротность объемного резонатора может достигать гятков и сотен тысяч. Если резонатор нагружен, т. е. связан нешиими цепями, то его добротность (в этом случае она называется нагруженной добротностью) уменьшается, но все же остается постаточио большой. .

Напомним определения добротностеи: собственная добротность л павиа резонансной частоте соо, умиожеииой иа отношение полной -нергии, запасаемой в резонаторе, к мощности, рассеиваемой в резонаторе .Определение нагруженной добротности Qh почти такое же, только вместо мощности, рассеиваемой в резонаторе, надо брать суммарную мощность, рассеиваемую в резонаторе, и во всех нагрузках подключенных к резонатору. Кроме того, на практике применяется еще понятие так называемой нешней добротности Свнешн, которая равна резонансной частоте соо, умноженной на отношение высокочастотной энергии, накопленной в объеме резонатора, к мощности, рассеиваемой только в нагрузках. Соотношение между Qo, и Рвнешн следующее:

Qh Qo

Для возбуждения объемных резонаторов используются те же способы, что и в волноводах.

Кроме рассмотренных, существуют многие другие разиовияности объемных резонаторов: коаксиальный, тороидальный, магнетронный и др. Применение резонаторов в радиотехнике и электронике СВЧ исключительно широко; оии являются неотъемлемыми частями конструкции генераторов на маячковых триодах, клистронах, магнетронах, находят применение в измерительной технике для создания волномеров и т. п.

ЭЛЕМЕНТЫ ВОЛНОеОДНОГО ТРАКТА

Соединение волноводов между собой. Для неподвижного соединения отдельных волноводных элементов и устройств используются специальные фланцы: контактные (плоские) и так называемые дроссельные.

Контактный фланец представляет собой металлическую плоскую пластину с отверстием, в которое вставляется и прочно закрепляется (обычно припаивается) концевая часть волиовода. Фланцы двух соседних секций соединяются между собой с помощью струбцинок или болтов, для которых по краям фланцев имеются специальные отверстия. В месте соприкосновения фланцев должен быть обеспечен хороший электрический контакт. В противном случае нормальная ра-оота волновода иа волнах, возбуяодающих продольные составляющие тока, будет нарушена; будет сильное излучение электромагнитной энергии во внешнее пространство, окружающее волновод, и появит-

я отраженная волна из-за образовавшейся неоднородности. Поэто-ге жесткие требования ,к качеству обработки и чисто-

фланцев. Преимуществом контактных фларшевых соединений

вляется независимость их работы от длины волны.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 [ 10 ] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37