Конструирование цилиндрического резонатора с волной H011 предназначенного для измерений параметров диэлектриков

Введение

Целью данной курсовой работы является конструирование цилиндрического резонатора с волной H₀₁₁ предназначенного для измерений параметров диэлектриков по методике ГОСТ 8.015-72 в диапазоне частот от 9 до 10 ГГц.

Добротность резонатора задана не менее 15000. Это обычное значение добротности для резонаторов с волной H₀₁₁. Оно имеет важное значение для определения параметров по резонансной кривой.

По ГОСТ 8.015-72 измерения проводятся следующим образом:

1. Измерение относительной диэлектрической проницаемости ε производят методом, основанным на нахождении разности резонансных длин объемного круглого цилиндрического резонатора с электромагнитными колебаниями типа H_01P до и после помещения в резонатор образца диэлектрика в режиме холостого хода при неизменной за время измерения частоте колебаний, где P – это число полуволн, укладывающихся по длине резонатора.

2. Измерение тангенса угла диэлектрических потерь tg δ производят методом, основанным на нахождении ослабления интенсивности электромагнитных колебаний на выходе резонатора при помещении в резонатор образца диэлектрика в режиме холостого хода.

Измерения производят на установке, блок-схема которой показана на черт.1.

1. Краткий обзор объемных резонаторов.

 Классификация резонаторов.

В зависимости от принципа получения частотно-избирательных свойств все резонаторы подразделяют на следующие типы:

1.  Резонаторы стоячей волны.

Они представляют собой короткозамкнутые отрезки линии передачи. Резонаторы, выполненные на основе прямоугольного и круглого волноводов и коаксиальной линии показаны на рис.1. Коаксиальные резонаторы могут быть выполнены также как показано на рис.2. При этом разомкнутый конец коаксиальной линии представляет для области рабочих частот запредельный круглый волновод, так что практически вся энергия СВЧ поля сосредоточена лишь в области вокруг внутреннего проводника. Коаксиальные резонаторы работающие в дециметровом диапазоне длин волн могут содержать сосредоточенные емкости, служащие для уменьшения габаритных размеров резонатора.

Поскольку СВЧ линии являются многоволновыми, то и резонаторы, выполненные на их основе могут работать на различных типах волн. Тип колебания, существующего в резонаторах на основе волноводов обозначается следующим образом H_mnp или E_mnp. Тип волны указывает на наличие продольной составляющей магнитного или электрического поля в образующем волноводе. Индекс «P» соответствует числу полуволн, укладывающихся по длине резонатора, а индексы «M» и «N» имеют тот же смысл и значение, что и в соответствующих волноводах. Чаще всего используются резонаторы, работающие на основном типе волны для образующей их линии передачи и резонаторы на основе круглого волновода с волной H₀₁, которые имеют высокие электрические свойства.

Резонатор может быть включен в СВЧ тракт тремя различными способами:

·  как двухполюсник (нагрузка) на конце линии передачи (рис.3а), такая схема включения называется «оконечной»;

·  как четырехполюсник включен непосредственно в линию передачи (рис.3б), такая схема включения называется «на проход»;

·  как двухполюсник подключен к ответвителю линии передачи (рис.3в), такая схема включения называется «реактивной».

При оконечной схеме включения резонатора с изменением частоты изменяется по резонансному закону коэффициент отражения от резонатора (рис.4а). При включении резонатора на проход и по реактивной схеме изменяется с изменением частоты коэффициент передачи в тракте рис.4б и рис.4в соответственно.

2.  Резонаторы бегущей волны.

В колебательных контурах в момент резонанса значительно возрастают амплитуды напряжений и токов. В резонаторах стоячей волны в момент резонанса значительно возрастают амплитуды напряженностей магнитного и электрического поля, а поле существует в виде стоячей волны. Существуют частотно избирательные устройства, в которых при настройке также происходит резонансное возрастание амплитуд напряженностей электрического и магнитного полей, хотя поле существует в виде бегущей волны. Такие устройства называются резонаторами бегущей волны. На рис.5а показан резонатор бегущей волны на основе прямоугольного волновода со связью через направленный ответвитель. На рис.5б показан бегущей волны на основе гребенчатого волновода медленных волн, применяемых в магнетронах. Работа таких резонаторов основана на там, что когда электрическая длина кольцевого тракта кратно 2π происходит синфазное сложение волн бегущих по кольцу, в результате чего амплитуда поля в кольце значительно возрастет.

3.  Резонаторы квазиоптического типа.