2.7 Использование резонанса в радиотехнике

Трудно преувеличить роль резонанса в радиотехнике. Все радиопередатчики и радиоприемники - связные, вещательные, телевизионные, радиолокационные и др. - обязательно содер­жат колебательные контуры. Это необходимо, чтобы передат­чик излучал сигнал в пределах узкого частотного спектра, не «засоряя» эфир, а приемник мог выделить из множества сиг­налов только сигнал нужного корреспондента. Для этого в радиоаппаратуре используются самые разные резонансные системы - от одиночных контуров до фильтров сосредоточен­ий селекции, содержащих сложные системы соединений индуктивностей, емкостей и резисторов.

Наряду с использованием колебательных контуров широко используются кварцевые резонаторы, электромеханические Фильтры (ЭМФ), фильтры на поверхностно-акустических волнах (ПАВ), активные фильтры на операционных усилителях и др. Они обладают большими достоинствами: высокой стабиль­ностью характеристик, чрезвычайно высокой добротностью и возможностью применения передовой технологии изготовления.

В аппаратуре дециметровых волн колебательные контуры должны иметь ультравысокую собственную частоту f₀. Согласно фор­муле их индуктивность и емкость должны быть очень малыми. Колебательные контуры с сосредоточенными параметра­ми становятся непригодными, так как индуктивность даже одного витка и емкость конденсатора с практически выполнимыми об­кладками очень малых размеров оказываются слишком болъшими. На дециметровых волнах в качестве резонансных колебатель­ных систем используются отрезки длинных линий, короткозамкнутые на конце.

Реактивная составляющая входного сопротивления отрезка короткозамкнутой линии длиной λ/4 рав­на нулю, а активная составляющая входного сопротивления имеет большую величину. В этом отношении данный отрезок эквивален­тен параллельному колебательному контуру, настроенному в ре­зонанс на частоту генератора, и может быть использован в каче­стве такого контура.

Колебательные контуры в виде отрезков линии просты по кон­струкции, имеют небольшие размеры и легко настраиваются. В качестве колебательных контуров применяются отрезки откры­тых (неэкранированных) и коаксиальных линий. Отрезки откры­тых линий используются в коротковолновой части метрового диа­пазона и длинноволновой части дециметрового диапазона. Кон­струкция контура, выполненного в виде отрезка двухпроводной открытой линии, изображена на рисунке 2.11.

Контур настраивается изменением длины отрезка линии путем перемещения короткозамыкающего мостика 1 при помощи винта 2 из диэлектрика. Мос­тик устанавливается на расстоянии, примерно равном λ/4 от на­чала линии, где λ - длина волны, на которую необходимо на­строить контур.

К недостаткам колебательных контуров, выполненных в виде отрезков открытых линий, относятся значительные потери энергии на излучение, увеличивающиеся с уменьшением длины волны, а также большие потери энергии в проводах линии за счет поверх­ностного эффекта. В этом отношении лучшими качествами обла­дают контуры, выполненные в виде короткозамкнутых отрезков коаксиальных линий (рисунок 1.15б).

Рисунок 2.11 Колебательные контуры в виде отрезка двухпроводной линии (а, и отрезка коаксиальной линии (б)

Контур состоит из двух концен­трических трубок 1 и 2, разделенных воздухом. Короткое замыка­ние на конце осуществляется металлическим поршнем 3. Настраи­вают контур перемещением данного поршня вдоль линии. Потери энергии в трубках малы, так как их поверхность, особенно внешней, довольно большая. Потери энергии на излучение здесь отсут­ствуют ввиду того, что электромагнитное поле сосредоточено меж­ду трубками и, следовательно, полностью экранировано от окру­жающего пространства. Благодаря этим факторам добротность таких контуров на дециметровых волнах довольно большая. Од­нако на сантиметровых волнах добротность рассматриваемых кон­туров резко снижается вследствие возрастания потерь энергии за счет поверхностного эффекта, особенно во внутреннем проводе, имеющем сравнительно небольшой диаметр.

B сантиметровом диапазоне волн в качестве колебательных контуров используются так называемые объемные резонаторы. Объемный резонатор представляет собой колебательную систему в виде металлической поверхности, ограничивающей некоторый объем пространства. На рисунке 2.12а изображен резонатор тороидальной формы. В таком резонаторе электрическое поле сосредотачи­вается в основном между дисками 1 и 2 в средней части резонато­ра, а магнитное поле — в полости, ограниченной тороидальной по­верхностью 3. Ток протекает в виде тока проводимости по внутрен­ней поверхности тороида и замыкается в виде тока смещения меж­ду дисками. Поскольку он протекает по большой внутренней по­верхности резонатора, потери энергии в ней оказываются неболь­шими. Потери на излучение вообще отсутствуют, так как электро­магнитные колебания совершаются во внутренней полости резона­тора, экранированной его стенками от внешнего пространства.

Рисунок 2.12 Объемные резонаторы: а) объемный резонатор тороидальной формы; б) объемный резона­тор в виде отрезка волновода прямоугольного сечения; в) объем­ный резонатор в виде отрезка волновода круглого сечения; г) воз­буждение резонатора при помощи штыря; д) возбуждение резона­тора при помощи петли