Резонансная длина волны для колебаний E010 от длины резонатора не зависит (см. рис.11.14, б). Изменять радиус резонатора для его перестройки конструктивно сложно, поэтому перестраивать резонансную длину цилиндрического резонатора с колебаниями E010 проще всего, изменяя его внутренний обьем. Это можно осуществить, вводя во внутреннюю полость резонатора через отверстие в торцевой стенке объемный металлический поршень (см. рис. 11.15, б).
Рис. 11.15. Конструкции перестраиваемых цилиндрических резонаторов:
а — для колебаний Н111, Н011; 6 - для колебаний E010
Коаксиальный резонатор получается из отрезка коаксиального волновода, замкнутого на концах металлическими стенками (см. рис. 11.12, в). В таком резонаторе в соответствии с возможными типами колебаний в коаксиальном волноводе могут существовать колебания вида Тр, Етпр и Нтпр. Колебания Етпр и Нтпр являются высшими видами колебаний и в коаксиальном резонаторе не используются. Наибольший интерес представляют Тр-колебания, которые при малых поперечных размерах резонатора являются наиболее низкочастотными. Резонансная длина волны для этого вида колебаний определяется выражением (11.2). Длина резонатора при этом подчиняется условию
l= pλ0p /2, р = 1, 2, 3, ... . Для основного вида колебаний Т1 (р = 1) длина резонатора равна l=λ01 /2.
Эпюры силовых линий электромагнитного поля в полуволновом коаксиальном резонаторе в продольном и поперечном сечениях и распределения напряженности полей показаны на рис. 11.16. Видно, что в коаксиальном резонаторе в отличие от волновода, максимумы колебаний напряженности электрического и магнитного полей (см. рис. 11.16, в) сдвинуты вдоль оси резонатора на четверть длины волны. Сдвиг во времени между этими колебаниями также составляет четверть периода. Знаками х и • на рис. 11.16, а показаны точки входа и выхода силовых линий вектора H-, перпендикулярных плоскости рисунка.
На частотах до 3 ГГц собственная добротность коаксиальных медных резонаторов достигает нескольких тысяч единиц. С дальнейшим повышением частоты добротность быстро падает.
Рис. 11.16. Эпюры силовых линий электромагнитного поля в пол у вол новом коаксиальном резонаторе в продольном (а) и поперечном (б) сечениях и распределения напряженности полей (в)
Pис. 11.17. Конструкции перестраиваемого (а)
и укороченного (б) коаксиальных резонаторов
Для перестройки резонансной частоты в коаксиальных резонаторах, как и в других типах закрытых объемных резонаторов, применяют подвижную торцевую стенку, перемещаемую с помощью поршня. Конструкции перестраиваемого и укороченного коаксиальных резонаторов показаны на рис. 11.17. Электрический контакт между подвижной и неподвижной стенками резонатора осуществляется с помощью плунжерных контактов, не показанных на рис. 11.17.
В целях уменьшения длины коаксиального резонатора, что существенно в метровом диапазоне волн, между центральным проводником и одной из торцевых стенок создают зазор (см. рис. 11.17, б). При небольшой ширине зазора Δl« λ01 в нем повышается концентрация электрического поля. Резонатор с таким зазором эквивалентен отрезку короткозамкнутой резонансной линии передачи, нагруженной на сосредоточенную емкость С. В такой линии резонанс наступает при длине линии l < λ0/4, так как входное сопротивление отрезка короткозамкнутой линии без конденсатора должно быть индуктивным. Поэтому и резонансная длина l' коаксиального резонатора с зазором также будет меньше четверти длины волны. Такие резонаторы, как и двухпроводные линии, называются укороченными. Укорочение резонатора тем больше, чем больше емкость С, т.е. чем меньше ширина зазора А/ и чем больше радиус центрального проводника со стороны зазора. Однако добротность укороченного резонатора ниже, чем у полуволнового резонатора.
Коаксиальные высокодобротные резонаторы широко применяются в коротковолновой части метрового и в дециметровом диапазонах волн в качестве колебательных контуров, в фильтрах и волномерах.
11.5. Элементы связи резонаторов и волноводов
При практическом использовании волноводов и резонаторов важную роль играют устройства ввода в них и вывода из них энергии. Устройства эти называют элементами связи и классифицируют в зависимости от вида их связи с электромагнитным полем резонатора или волновода.
Виды связи с полыми резонаторами и волноводами подразделяются на емкостные, магнитные и дифракционные. Остановимся подробнее на элементах связи в прямоугольных закрытых волноводных резонаторах. Заметим, что все результаты анализа будут справедливы и для других типов закрытых волноводных резонаторов и любых полых металлических волноводов.
На рис. 11.18 показаны штыревой, петлевой и дифракционный элементы связи в резонаторах.
Емкостная связь осуществляется при помощи металлического штыря (см. рис. 11.18, а), который должен быть расположен внутри резонатора в местах с интенсивным электрическим полем. Ось штыря должна быть параллельна вектору напряженности поля. Величина связи зависит от длины штыря и напряженности электрического поля в месте его расположения. Она максимальна при расположении штыря в пучности электрического поля параллельно вектору Ē . Если штырь перпендикулярен вектору Ē или находится в узле электрического поля, то величина связи равна нулю.
Наличие штыря во внутренней полости резонатора приводит к уменьшению его электрической прочности и к снижению резонансной частоты из-за вносимых искажений в структуру электромагнитного поля. На рис. 11.18, а штырь конструктивно является продолжением центрального проводника коаксиальной линии, внешний проводник которой соединен с внешней поверхностью резонатора.
Магнитная связь осуществляется с помощью проводящей петли, располагаемой в участках полости резонатора с интенсивным магнитным полем рабочего вида волны (см. рис. 11.18, б). Величина связи зависит от площади петли, величины магнитного поля
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.