Конструирование цилиндрического резонатора с волной H011 предназначенного для измерений параметров диэлектриков, страница 2

Работа таких резонаторов основана на близости свойств СВЧ радиоволн со свойствами оптических пучков. Так при отражении радиоволны ведут себя аналогично световому лучу. Если отражатели выполнить определенным образом и взять их размеры намного больше длины волны СВЧ поля, чтобы уменьшить дифракцию и потери энергии поле на краях отражателей за счет излучения, то можно получить систему близкую к резонаторам стоячих волн рис.6. Между зеркалами образуется стоячая волна, поле которой имеет очень сложную пространственную структуру.

4.  Резонаторы в виде отдельных элементов в волноводе.

Такие резонаторы не находят самостоятельного применения, а используются как отдельные звенья фильтров. Работа их основана на резонансном изменении при изменении частоты реактивных свойств штырей или диафрагм, помещенных в волноводный тракт. При этом зависимости коэффициентов отражения или передачи в тракте имеют вид, показанный на рис.4. Примеры конструкций таких резонаторов приведены на рис.7.

Параметры резонаторов.

Электрические свойства резонаторов характеризуются двумя основными параметрами: резонансной частотой или длиной волны и добротностью.

Резонансная частота и резонансная длина волны связаны соотношением:

f_рез=C/λ_рез, где С – скорость света в вакууме.

Резонансная длина волны зависит от типа волны, который существует в резонаторе, и от геометрических размеров резонатора. Поэтому настройку резонатора можно изменять изменяя геометрические размеры внутренней полости резонатора (обычно длину).

Добротность объемного резонатора определяется аналогично добротности колебательного контура:

Q=2πW/W_n, где W – полный запас электромагнитной энергии в резонаторе;

W_n – потери энергии за один период колебаний.

Потери энергии складываются, во-первых, из потерь W₀ связанных с неидеальностью проводящих свойств стенок резонатора, с неидеальностью диэлектрика, заполняющего резонатор и с другими причинами, и во-вторых из потерь энергии W_св, связанных с передачей её из резонатора через элемент связи в линию передачи, с которой связан резонатор. В соответствии с этим вводят понятия нагруженной добротности Q_н, собственной добротности резонатора Q_ои внешней добротности (добротности связи), которые определяются следующим образом:

[2]

Собственная добротность резонатора может быть рассчитана при известных геометрических размерах резонатора, существующем в нем типе волны, при известных параметрах материала резонатора и заполняющего его диэлектрика. Но расчеты не позволяют учесть множество достаточно существенных технологических причин, встречающихся в реальных конструкциях резонаторов, поэтому расчетное значение собственной добротности обычно оказывается значительно завышенным. Причин для этого множество, среди них можно назвать наиболее важные:

·  Проводимость внутреннего поверхностного слоя резонатора, по которой протекают токи СВЧ, всегда отличается от проводимости значительной массы того же материала за счет различных причин (окисление, наклеп, поверхностные пленки и т.п.) и её трудно определить заранее, чтобы учесть в расчетах;

·  Внутренние поверхности резонатора не являются идеально гладкими, поэтому СВЧ токам приходится протекать больший путь, чем предполагается в расчетах, вследствие чего действительные потери больше расчетных;

·  Форма резонатора всегда несколько отличается от идеальной, принимаемой в расчетах, вследствие этого (а также ряда других причин) часть энергии рабочего типа колебаний резонатора постоянно преобразуется в колебания других типов и рассеивается.

Добротность связи также зависит от множества причин, среди которых есть и трудно учитываемые, и поддается лишь оценке. Среди факторов, определяющих Q_св можно назвать вид элемента связи; количество элементов связи; место расположения элемента связи на стенке резонатора; размеры элемента связи и пр.