(11.3)
Для колебаний электрического типа Етпр нулевое значение может принимать только индекс р. У колебания магнитного типа Нтпр в нуль может обращаться только один из индексов т или п. Таким образом, в выражении (11.3) в любом случае в нуль может
обращаться только один из индексов m, п или р. Поэтому для низшего вида колебаний в формуле (11.3) один из индексов, соответствующий наименьшему размеру резонатора, должен быть равен нулю, а остальные два — единице. Если в прямоугольном резонаторе меньшим является размер и, то низшим видом колебаний будет H101, если а, то H011, если l, то H110. Чаще всего применяются резонаторы с наименьшим размером bи основным типом колебаний H101.
Эпюры силовых линий электромагнитного поля свободных колебаний Н101 и E110 в прямоугольном резонаторе показаны на рис. 11.13. Различие между колебаниями типов Е и Н чисто условное и зависит от того, какой из трех размеров резонатора считать его длиной. Поворотом резонатора (см. рис. 11.13, б) относительно системы координат можно добиться одинакового расположения в пространстве силовых линий электрического и магнитного полей для колебаний Н101 и E110. Поэтому резонансные частоты прямоугольного резонатора зависят лишь от порядка колебаний, определяемого набором значений т, п и р, и размеров резонатора и не зависят от типа колебаний.
Собственная добротность прямоугольного резонатора в сантиметровом диапазоне составляет десятки тысяч единиц.
Для перестройки основной резонансной частоты одну из стенок резонатора делают подвижной. Она соединяется с неподвижными стенками с помощью скользящих упругих (плунжерных) контактов. Собственная добротность резонатора при этом снижается за счет увеличения тепловых потерь в контактах и потерь на излучение, просачивающееся через негерметичные контакты.
Цилиндрический резонатор представляет собой отрезок круглого волновода радиуса R, замкнутый с обоих концов проводящими стенками (см. рис. 11.12, б).
Рис. 11.13. Эпюры силовых линий электромагнитного поля свободных колебаний H101 (а) и E110 (б) в прямоугольном резонаторе
В цилиндрических резонаторах, как и в прямоугольных, возможны колебания электрического Етпр и магнитного Нтпр типов. Индексы т и п указывают число вариаций поля в резонаторе соответственно по периметру и радиусу окружности, а индекс р — по длине резонатора. При этом аналогично прямоугольному резонатору индекс р обращается в нуль только для волн электрического типа.
Резонансные длины волн в цилиндрическом резонаторе определяются формулой (11.1). В цилиндрическом волноводе критические длины для волн Нтпр и Етпр при совпадающих наборах индексов т и п различны, поэтому и резонансные длины волн колебаний Етпр и Нтпр в цилиндрическом резонаторе при совпадающих наборах индексов т, п и р будут также разными.
Наибольшей резонансной длиной волны среди колебаний электрического типа в цилиндрическом резонаторе обладает колебание E010. Его резонансная длина волны
λE010 = 2,61Rне зависит от длины резонатора l. У колебаний магнитного типа наибольшую резонансную длину волны имеет колебание H111. Резонансная длина волны этого колебания зависит от длины резонатора l: λH111→ 0 при l→0 и λH111→ 3,41R при l→∞. Анализ выражений для резонансных длин волн в цилиндрическом резонаторе показывает, что при условии l= 2,03R выполняется равенство λE010 = λH111. Поэтому в длинных резонаторах при l/R > 2,03 основным является магнитное колебание H111 , а в коротких резонаторах при l/R < 2,03 — электрическое колебание E010. На рис. 11.14 показаны эпюры силовых линий электромагнитного поля трех наиболее часто используемых на практике колебаний в цилиндрическом резонаторе Н111, E010 и Н011.
Так как резонансная длина волны λE010 не зависит от длины l (см. рис. 11.14, б), то резонатор с колебаниями E010 может иметь небольшие продольные размеры.
В круглом волноводе достаточно большого радиуса волна Н011 (см. рис. 11.14, в) характеризуется очень малыми потерями, поэтому цилиндрический резонатор с типом
Рис. 11.14. Эпюры силовых линий электромагнитного поля в
цилиндрическом резонаторе для колебаний Н111 (а), E010 (б) и Н011 (в)
колебаний Н011 обладает очень высокой собственной добротностью, достигающей сотен тысяч единиц. При такой высокой добротности относительная полоса пропускания резонатора не превышает 0,001 %, что позволяет применять цилиндрический резонатор с колебаниями Я0п в качестве прецизионного устройства в измерительных приборах СВЧ, например в волномерах.
Для перестройки резонансной частоты в цилиндрических резонаторах можно использовать различные способы в зависимости от рабочего вида колебаний. Резонансная длина волны магнитных типов колебаний зависит от длины резонатора, поэтому в резонаторах с рабочими видами колебаний Н111 и Н011 одна из короткозамыкающих торцевых стенок выполняется в виде подвижного поршня. На рис. 11.15 показаны конструкции перестраиваемых цилиндрических резонаторов. При перемещении поршня длина резонатора меняется, а вместе с ней меняется и резонансная длина волны.
В резонаторе с колебанием Н111 (см. рис. 11.14, а) для уменьшения потерь необходимо осуществлять короткое замыкание между подвижной торцевой и боковой стенками с помощью плунжерных контактов (на рис. 11.15, а не показаны).
При использовании в резонаторе колебаний Н011 короткозамыкающие контакты не вводят. Это связано с тем, что в цилиндрическом резонаторе совпадают резонансные длины волн для колебаний Н011 и E111. Однако токи проводимости на внутренней поверхности резонатора при колебаниях Н011 имеют азимутальное направление, протекая перпендикулярно продольной оси резонатора (см. рис. 11.14, в). При такой направленности токов зазор между торцевой и боковой поверхностями резонатора не оказывает для них заметного сопротивления. Токи проводимости для колебания E111 имеют продольное направление в резонаторе и сильно подавляются наличием зазора. Вследствие этого колебание E111в резонаторе с зазором практически не возбуждается и основная энергия заключена в колебаниях Н011.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.