Volumetrice rezonatoare

Cavitatea rezonator - un dispozitiv bazat pe fenomenul de rezonanță a bulk cavitatea undei conductoare, - un dielectric pentru undele electromagnetice, elastic - pentru sunet mărginit pereți de undă de reflexie, în care rezultatul condițiilor de frontieră pot exista la anumite lungimi de undă de mare Q oscilații rezonante sub forma unui val în picioare.







Sistemele vibraționale sub formă de linii de rezonanță sunt cele principale pentru unde decimetrice, dar pe valuri centimetrice lungimea liniei se dovedește a fi de aceeași ordine ca și diametrul acesteia și nu se poate vorbi despre o linie în general. Chiar și la lungimile de undă cu decimetru cel mai scurt (10-30 cm), utilizarea liniilor de rezonanță devine deseori incomodă.

Principalul tip de sisteme oscilatorii la centimetru valuri (și parțial decimetru) sunt rezonatoare cavitatii propuse oamenii de știință sovietici MS Neumann în gg.H 1939-1940). Teoria operării și a calculului rezonanților masivi a fost dezvoltată în lucrările MS Neiman, GV Kisun'ko și alți câțiva oameni de știință.

Figura 1 prezintă tranziția de la o buclă cu parametri lumpedi la un rezonator al cavității. Fie circuitul de tipul obișnuit are o capacitate sub forma unui condensator C format de două plăci circulare și o inductanță sub forma unei bobine dreptunghiulare L1 (figura 1a). După cum se știe, calitatea unui astfel de circuit pe un cuptor cu microunde este obținută foarte scăzută. Dacă sunt conectate mai multe ture la condensator în paralel (figura 1-6), inductanța și rezistența activă scad. Ca urmare, frecvența naturală a conturului f0 și factorul său de calitate Q cresc.

Fig.1 - Tranziția de la circuitul obișnuit (a) la rezonatorul cavității (c)

De exemplu, dacă includeți 25 de rotații, inductanța va scădea de 25 de ori, iar frecvența va crește de 5 ori, deoarece

rezistența caracteristică a circuitului scade cu un factor de 5, care rezultă din formula

iar rezistența circuitului r scade cu un factor de 25 (dacă considerăm că acesta este concentrat numai în mișcări).

Prin urmare, calitatea circuitului, egală cu # 961; / r va crește de 5 ori. Creșterea numărului de spire conectate la condensatorul C, ajungem la caz. când toate îmbinările se îmbină într-o suprafață metalică închisă comună (figura 1b). Dacă sunt necesare transformări N pentru acest lucru, atunci, pe baza exemplului de mai sus, putem presupune că frecvența rezonantă și calitatea circuitului vor crește cu un factor de N ori.

Astfel, circuitul oscilator sa transformat într-o cutie metalică închisă de formă cilindrică, care este un rezonator tridimensional. În acest caz, de fapt, calitatea conturului nu crește în (rădăcina) de la N ori, dar mult mai mult pentru că suprafața metalică închisă este un ecran bun și, prin urmare, câmpul electromagnetic există numai în interiorul rezonatorului.

Un rezonator de volum, ca și linia de rezonanță axială, este un sistem oscilator ecranat în care nu există pierderi prin radiație și nu există un câmp extern capabil să creeze legături parazitare cu alte circuite. În plus, nu există pierderi în rezonanții solizi în rezonatorul cavității, iar rezistența activă a pereților rezonatori este foarte mică datorită suprafeței lor mari. În consecință, dacă energia nu este îndepărtată de rezonator, atunci calitatea sa poate ajunge la zeci de mii. De asemenea, este convenabil ca suprafața exterioară a rezonatorului cavității să aibă un potențial zero și să nu transporte curenți. Prin urmare, rezonatorii cavității pot fi montați fără izolație.

Fig.2 - Câmpul într-un rezonator cavitate cilindric

Fig.3 - Tipuri de rezonatoare toroidale

Procesul oscilator al rezonatorului este, în esență, unde electromagnetice în picioare, care au apărut din reflectarea undelor de pe pereții rezonatorului. Figura 2 prezintă liniile câmpurilor electrice și magnetice într-un rezonator cilindric, care este unul dintre cele mai simple în proiectarea sa. Liniile electrice de forță se deplasează de la o bază cilindrică la cealaltă, iar liniile magnetice de forță sub formă de inele concentrice înconjoară câmpul electric. O astfel de structură de câmp este cea mai simplă, dar în rezonatori volumetrici pot exista oscilații ale altor specii care au o structură de câmp diferită.







Din punct de vedere istoric, unul dintre primii a fost un rezonator toroidal (figura 3a). Câmpul electric din acesta este concentrat în principal în partea centrală dintre cele două discuri, iar liniile câmpului magnetic sunt aranjate de inele în jurul câmpului electric. Cu toate acestea, rezonatorul din figura 3a este complicat în procesul de fabricație și, în prezent, rezonanții de acest tip sunt realizați într-o altă formă. Cele mai des întâlnite sunt rezonanții toroidali, prezentați în figurile 3b și c, numiți altfel coaxiali.

Într-adevăr, rezonatorul (figura 3c) este alcătuit din doi cilindri coaxiali și seamănă cu o linie coaxială. cu distanțe scurte la un capăt și având o anumită capacitate la celălalt capăt. Dar totuși nu poate fi numită linie, deoarece are dimensiuni ale cavității interioare de aceeași ordine în direcții radiale și axiale, iar pentru linie lungimea ar trebui să fie mult mai mare decât diferența în raze. Desigur, nu ar trebui să existe o limită ascuțită între rezonatorul coaxial al cavității și linia coaxială. Dacă rezonatorul de volum coaxial crește raportul dintre înălțimea h și dimensiunea radială r2 - r1, atunci se transformă treptat într-o linie coaxială.

În unele cazuri, rezonanții similari cu cei prezentați în figura 3b sunt utilizați, dar având dimensiunea r2-r1, sunt mult mai mari decât înălțimea h. Ele sunt numite rezonatoare de tip linie radială. Uneori sunt utilizate rezonatoare volumetrice de formă rectangulară (sub formă de paralelipiped). Este posibil un dispozitiv de rezonatoare și multe alte forme.

Spre deosebire de un circuit convențional, rezonatorul cavității are mai mult de o frecvență naturală, dar un set de frecvențe rezonante. Această proprietate este caracteristică sistemelor oscilante cu parametri distribuiți și am întâlnit-o deja, având în vedere liniile de rezonanță. În cazul liniilor, rezonanța pe o anumită armonică este determinată de numărul de sferturi sau de jumătate din val, care se potrivesc de-a lungul liniei.

În rezonanții de volum, un număr diferit de valuri în picioare poate fi stivuit nu într-o singură direcție, ci pe oricare dintre cele trei dimensiuni. Deoarece aceste dimensiuni pot fi una în cealaltă în orice raport, frecvențele rezonante ale rezonatorului cavității nu pot fi numite armonici. Ele nu reprezintă neapărat un multiplu întreg al frecvenței fundamentale.

Un rezonator de cavitate rectangulară sau cilindrică poate fi considerat ca un ghid de undă scurt, închis la ambele capete prin pereți metalici. De-a lungul acestuia, undele de călătorie nu se pot răspândi și, prin urmare, regimul valurilor de stâlp va fi obținut nu numai în secțiune transversală, ci și în direcția longitudinală. Rezonanța va fi observată la frecvențele pentru care un număr întreg de jumătăți de undă este așezat de-a lungul ghidului de undă.

Pentru cel mai simplu tip de oscilație, este caracteristic faptul că frecvența naturală nu depinde de înălțimea rezonatorului h, ci este determinată numai de diametrul lui D:

Este, de asemenea, posibil să excitați alte vibrații de ordin mai înalt, ale căror frecvențe nu sunt, în majoritatea cazurilor, multipli ale frecvenței (celei mai mici) fundamentale. Producția într-un rezonator a oscilațiilor de un tip sau altul depinde de frecvența oscilațiilor externe care excită rezonatorul și de metoda de excitare, adică pe care dispozitiv este utilizat pentru excitare. Oscilațiile ordinelor superioare nu sunt de obicei utilizate în practică. Cu toate acestea, ele pot apărea ca fluctuații dăunătoare (parazitare).

Dispozitivele de cuplare a rezonatoarelor volumetrice cu alte ținte, în special cu alte rezonatoare, sunt realizate în același mod ca și în ghidurile de undă. Elementele de comunicare servesc fie pentru a excita oscilațiile în rezonatori, fie pentru a extrage energie de la ele.

Fig.8 - Reglarea rezonatorului cavității cu un condensator variabil cu capacitate variabilă

Această metodă este convenabilă și oferă o gamă largă de setări.

Dacă cilindrul interior este complet deșurubat, rezonatorul va fi cilindric și frecvența acestuia va fi cea mai mare. Cu o înșurubare graduală a cilindrului, rezonatorul se transformă într-unul coaxial și frecvența sa naturală scade. Uneori se realizează un perete ondulat elastic la rezonator, care poate fi îndoit cu un șurub de presiune (figura 7c).

O altă metodă de reglare este prezentată în figura 8a, includerea unui condensator în rezonatorul condensatorului. Cea mai simplă construcție este prezentată în figura 8b. Deplasarea în interiorul rezonatorului șurubului cu placa oferă, de asemenea, o anumită schimbare a volumului, dar efectul principal asupra frecvenței este modificarea capacității la antinodul câmpului electric sau în apropierea acestuia. O creștere a capacității duce la o scădere a frecvenței naturale a rezonatorului.
Schimbarea frecvenței în limite mici prin înșurubarea șuruburilor din interiorul rezonatorului este adesea utilizată pentru reglarea frecvenței dorite. Uneori, în acest scop se utilizează o întoarcere scurtă închisă a antinodului unui câmp magnetic sau a unui disc metalic în vecinătatea acestuia. Această metodă dă o creștere a frecvenței naturale și va fi cea mai mare în cazul în care planul turnului sau al discului este perpendicular pe liniile magnetice de forță.

Referințe pe rezonatoare volumetrice

  1. Vainshtein LA undele electromagnetice, ediția a 2-a. M. 1988;
  2. Lebedev IV Tehnica și dispozitivele cu microunde, 2 ed. 1, M. 1970;
  3. Jackson, J. Electrodinamica clasică. cu engleza. M. 1965;
  4. Katzenelenbaum B. 3. Electrodinamica de înaltă frecvență, M. 1966;
  5. Nikolsky VV, Nikolskaya TI Electrodinamica și propagarea unui val radio, ed. M. 1989.

ȘTIRI ALE FORUMULUI
Cavalerii teoriei eterului







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: