Устройства СВЧ и антенны

93

вать как соединение емкости с закороченной коаксиальной линией. Для такого резонатора можно составить эквивалентную схему, изображенную на рис. 3.26, б, и собственную частоту ω0 можно найти из условия короткозамкнутой

α ×l = ω l » π . Тогда при резонансе длина линии близка к нечетному числу

Открытый объемный резонатор. Открытые резонаторы используются в качестве колебательных систем в ряде разновидностей приборов СВЧ – в так называемых МЦР-генераторах и усилителях и генераторах дифракционного излучения. Они широко применяются в волномерах миллиметрового (мм) диапазона радиоэлектронной аппаратуры.

Главным недостатком таких резонаторов является то, что при очень длинном объемном резонаторе соседние резонансы очень близки к основным и почти сливаются. Рассмотрим это на примере прямоугольного резонатора. Как было показано выше, резонансная дина волны в таком резонаторе может определяться выражением

94

В таких резонаторах появляется множество вариаций волн, возникают трудности отсечки, дифракция и т.д. Но все же можно добиться разрежения множества возникающих типов колебаний за счет тщательной настройки зеркал и селектирования таким образом основных типов колебаний.

Исчезновение боковых стенок резко увеличивает добротность открытых резонаторов Q, т.к. уменьшаются потери в металле, и весьма значительно.

где R − коэффициент отражения от зеркала; а − радиус зеркала; l − расстояние между зеркалами; αдиф − коэффициент дифракционных потерь, определяемый из условия

a 2

N – число Френеля, равное N = λ × l .

95

Например, для прибора с резонансной длиной волны λрез = 0,1 мм,

имеем добротность, равную Q = 3,14 ×105, что невозможно получить обычными замкнутыми объемными резонаторами.

Объемный резонатор бегущей волны. Приведем пример: направлен-

ный ответвитель. Во входном сечении такого резонатора происходит сложение амплитуды волны, пришедшей и возбуждаемой источником (рис. 3.27).

Рис. 3.27

Фазовое условие возбуждения выполняется при условии:

где β − постоянная затухания волны в волноводе, β ≈ 1 Pпотерь .

2 2

97

Рис. 3.29

На рис. 3.29 изображены структуры электромагнитных Е001- и Е102- волн, возникающих в микрополосковых резонаторах.

3.6.1 Основные типы элементов возбуждения

Вернемся к нашей задаче. Требуется возбудить в волноводе (или объемном резонаторе) волну заданного типа.

Для этого нужно чтобы возбуждающее устройство создало электромагнитное поле или токи проводимости, связанные с ним, чтобы силовые линии поля совпадали по структуре с соответствующими силовыми линиями заданной волны.

Такими возбуждающими устройствами могут быть продолжение внутреннего проводника коаксиального кабеля в виде штыря или петли (рис. 3.30), а также узкая щель, соответствующим образом прорезанная в стенке волновода (резонатора), на который падает волна электромагнитного поля, предназначенная для возбуждения.

Рассмотрим подробнее каждое из этих возбуждающих устройств. Штырь (рис. 3.30, а) проходит в волновод (резонатор) через круглое

отверстие так, что края этого отверстия смыкаются с внешней оболочкой коаксиального кабеля.

Можно и по заданной длине волны легко найти длину резонатора (на длине l в момент резонанса укладывается нечетное число четвертей длин волн):

98

Такие же уравнения можно получить из рассмотрения входной проводимости резонатора. Выберем плоскость отчета ВВ − открытый конец резонатора. При отсутствии потерь на стенках

зонатора является излучение из открытого конца, но его можно устранить изменением геометрии: сделать длину l отличной от λ/4 (см. рис. 3.15). Механическая перестройка λрез легко осуществляется изменением длины l внутреннего проводника l.

Полуволновый резонатор. Коаксиальная линия, замкнутая на обоих концах, может мыслиться как комбинация двух λ/4 полых резонаторов, соединенных открытыми концами.

Условие резонанса: