3.3 Об'ємні резонатори

Резонансні відрізки лінії

1. Відрізки двопровідної лінії.

Перехід від коливального контура до резонансного відрізку лінії стає необхідним в діапазоні УКХ резонансна частота контура рівна:

Для її підвищення необхідно зменшувати індуктивність котушки і емність конденсатора . У подальшому з контура вилучається конденсатор і емність утворюється в основному вихідною ємністю елементу, що управляє, яка для роботи на УКХ, має бути рисою.

Зменшення індуктивності призводить до заміни котушки відрізком КЗЛ таким, що коротше за чверть хвилі (чи непарного числа чвертей хвилі) чинить індуктивний опір.

Рис. 3.36 Перехід від коливального контура до відрізку КЗЛ

Налаштування робиться переміщенням короткозамикаючого містка (рис. 3.36). переміщуючи точки підключення ГВЧ або навантаження можна регулювати узгодження. Відрізки двопровідних ліній добре поєднуються з симетричними - двотактними схемами ГВЧ і навантаження. Перехід потрібний на метрових хвилях. Причому великогабаритні котушки потужних ГВЧ перетворюються на ланцюги з розподіленими параметрами і замінюються лініями на довших хвилях (порядку 10м), а малопотужних - на коротших (біля 3м).

У міру підвищення робочої частоти в межах діапазонів МХ і ДМХ зростають втрати в дротах лінії і на випромінювання, знижується добротність відрізку лінії. Тому на ДМХ переходять до використання добротніших коаксіальних резонаторів.

2. Коаксіальні резонатори.(рис. 3.37) є відрізками коаксіальних повітряних ліній, короткозамкнутих або розімкнених, - навантажених на регульовану емність. Структура ЕМП показана на рис. 3.37а. Налаштування робиться або зміною довжини резонатора (зазвичай з боку ГВЧ, рис. 3.37б), або зміною ємкості. Зв'язок з навантаженням може бути ємнісним (через регульовану повітряну емність між внутрішніми дротами резонатора і фідера, рис. 3.37в і г), автотрансформаторним (за рахунок підключення відведення до внутрішнього дроту резонатора, рис. 3.37г) або індуктивним (за допомогою петлі зв'язку, рис. 3.37 д).

Рис. 3.37 Коаксіальний резонатор

Підвищення добротності сприяє повне екранування поля, а також зменшення втрат за рахунок збільшення внутрішньої поверхні резонатора і рисого її опору. Значення добротності досягають декількох тисяч.

Коаксіальні резонатори добре конструктивно поєднуються із спеціальними лампами НВЧ (маячковими і металокерамічними) що мають циліндричні виводи електродів. Цим забезпечується повний контакт з резонатором по усій поверхні виводів.

Об'ємні резонатори

1. Хвилеводні резонатори. У діапазоні СМХ в якості коливальних систем застосовуються замкнуті резонансні відрізки хвилеводів - прямокутні або циліндричні об'ємні резонатори (рис. 3.38).

Коливання в цих резонаторах збуджується також, як і в хвилеводах. На відміну від хвилеводів, в резонаторах встановлюється стояча хвиля не лише в поперечному, але і подовжньому напрямі. Маркіровка хвиль трьохзнакова Н_mnp або Е_mnp. Де m, n, p - число стоячих півхвиль уздовж стінок a, b, і c відповідно в прямокутному резонаторі або уздовж периметра, діаметру і довжини - в циліндричному. На рис. 3.38а і б показані структури полів Е₀₁₀ в циліндричному і Н₁₀₁ в прямокутному резонаторах. Резонатори цього типу відрізняються дуже високою добротністю (до десятків тисяч одиниць), завдяки повному самоэкранированию, великій внутрішній поверхні і відсутності внутрішнього дроту. Утворення такого резонатора можна представити як результат паралельного з'єднання безлічі двопровідних КЗЛ. Як відомо, при такому з'єднанні індуктивність зменшується:

(де - число сполучених відрізків), а резонансна частота підвищується. Резонансну довжину хвилі прямокутного хвилеводу можна розрахувати по формулі:

Рис. 3.38 Пристрій і епюри електричного поля:

а) прямокутного

б) циліндричного резонатора

Приклад: В прямокутному резонаторі з розмірами існує хвиля Н₁₀₁. Яка резонансна довжина хвилі?

Відповідь:

2. Квазістаціонарні резонатори.

Резонатори такого типу утворені на основі елементарного коливального контура або з хвилеводного резонатора шляхом деформації - зближення його стінок в області пучности електричного поля. Характерна особливість таких резонаторів - розділення електричного і магнітного полів в просторі. Перше зосереджене між пластинами, друге - у витку. Цим досягається можливість забезпечити безпосередню взаємодію електронного потоку з електричним полем коливань НВЧ. Така взаємодія використовується в клістронних і магнетронных підсилювачах і генераторах НВЧ для передачі частини кінетичної енергії електронного потоку полю.

У клістронах використовуються тороїдальні резонатори (тор - кільцеподібний виток). Для прольоту електронів пластини конденсатора виконані у вигляді сіток (рис. 3.39а).

У магнетронах використовується резонатори лінійної конструкції (рис. 3.39б) в них взаємодія електронів відбувається з частиною поля такою, що виходить в простір взаємодії за рахунок крайового ефекту.

Рис. 3.39 Квазістаціонарні резонатори:

а) тороїдальний;

б) лінійний

Лекція № 4

Тема лекції: