книги из ГПНТБ / Фрум К. Скорость света и радиоволн
.pdf
|
|
|
|
|
|
Измерения |
при помощи объемных |
резонаторов |
|
|
|
|
71 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Таблиц а |
I |
ординаты |
о т к л а д ы в а е т с я |
величина |
|
(fü)2, |
|||||||||||||||||
|
Значения |
Г для |
низших |
а в к а ч е с т в е а б с ц и с с ы - в е л и ч и н а ( D / L ) 2 . |
|||||||||||||||||||||||||
|
На рис . 6 , 1 |
п о к а з а н ы |
т а к и е |
п р я м ы е для |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
типов |
колебаний |
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нескольких низших типов колебаний . |
К о н |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фигурация |
поля |
типов |
колебаний, |
и с п о л ь |
|||||||||||||||
Тип к о л е б а |
|
|
Г |
|
зованных |
в |
описанных |
ниже |
э к с п е р и м е н |
||||||||||||||||||||
|
|
ния |
|
|
|
|
|
|
|
т а х , п р е д с т а в л е н а |
|
на |
рис . 6 . 2 . |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р и с . 6 . 1 . можно |
и с п о л ь з о в а т ь при |
||||||||||||||||
ТЕи |
|
|
|
|
1.84118378 |
проектировании |
р е з о н а т о р а , |
р а б о т а ю щ е г о |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
на |
одном |
т и п е |
колебаний, |
достаточно |
у д а |
||||||||||||||||||||
тм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
2,40482556 |
ленном |
от других |
типов . Подходящие |
в е |
|||||||||||||||||||||
|
01 |
|
|
|
3,05423693 |
личины |
D и L |
подбираются |
исходя и з |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
фиксированных |
значений ч а с т о т ы . |
У р а в н е |
|||||||||||||||||||||
ТМ„ |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
3,83170597 |
ние ( 6 . 3 ) можно |
в ы р а з и т ь |
т а к ж е |
ч е р е з |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
3,83170597 |
длины |
волн |
излучения подстановкой |
|
|||||||||||||||||||
Г * о , |
|
|
|
Л;г о л = с / f i m n |
|
В |
э т о м |
случае |
у к а з а н н о е |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
4,20118894 |
уравнение |
принимает |
вид |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
тм„ |
|
|
|
5,13562230 |
|
|
|
(1/Л Imn ) 2 = ( Г / - 0 ) 2 |
+ |
U / 2 L ) 2 |
|
|
(6.4) |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
5,31755313 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Т а к |
как |
п |
равно |
числу |
полуволн, |
у к л а |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
5,33144277 |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
дывающихся |
вдоль |
|
цилиндра, |
второй |
член |
||||||||||||||||||
™02 |
|
|
|
5,52007811 |
в |
правой |
ч а с т и |
уравнения |
( 6 . 4 ) м о ж е т |
||||||||||||||||||||
|
|
|
б ы т ь з а п и с а н |
как |
(1/Л ) 2 |
, |
г д е |
X |
е с т ь |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
6,38016195 |
длина |
волны |
|
в |
цилиндре. |
Когда |
д и а м е т р |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
6,41561638 |
цилиндра |
намного |
больше |
этой |
|
длины |
в о л |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
ны, п е р в ы м членом в |
правой |
части у р а в |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
ТЕ22 |
|
|
|
|
6,70613319 |
нения ( 6 . 4 ) можно пренебречь, и |
т о г д а |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
7,01558667 |
длина |
волны |
в |
волноводе |
с т а н о в и т с я |
р а в |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
ной |
длине |
волны в |
свободном |
п р о с т р а н |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
Г £ 0 |
2 |
|
|
|
7,01558667 |
с т в е . Отсюда |
ясно, |
что, например, |
труба, |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
использованна я |
М а й к е л ь с о н о м , |
|
Пиэом и |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пирсоном, |
не |
о к а з а л а |
никакого |
влияния |
|||||||||||||||
на |
распространени е |
с в е т а , |
При |
уменьшении |
D п о я в л я е т с я |
особая т о ч - |
|||||||||||||||||||||||
ка, |
|
к о г д а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
) 2 |
= (Г/ТГ0)2; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(6.5) |
|||||
При |
т а к о м |
|
значении |
О величина |
L |
и |
длина |
волны |
в |
волноводе |
|
||||||||||||||||||
должны |
быть |
бесконечными, |
а |
при |
дальнейшем |
уменьшении |
D в о л |
||||||||||||||||||||||
на |
вообще |
|
не |
с м о ж е т |
р а с п р о с т р а н я т ь с я |
в |
волноводе . |
Это |
з н а ч е |
||||||||||||||||||||
ние |
A ( m |
n |
иногда |
н а з ы в а ю т |
критической |
|
длиной |
волны, |
а с о о т в е т |
||||||||||||||||||||
ствующе е |
значение |
|
- |
критической |
ч а с т о т о й . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Измерения |
при помощи объемных |
резонаторов |
|
73 |
|||||||||
|
|
|
3 . Д о б р о т н о с т ь |
объемных |
р е з о н а т о р о в |
|
|
|
||||||||
Помимо |
резонансной |
ч а с т о т ы |
объемного р е з о н а т о р а , в а ж н ы м |
п а |
||||||||||||
р а м е т р о м |
я в л я е т с я |
е г о |
добротность |
(QK |
к о т о р а я о п р е д е л я е т |
о с т р о |
||||||||||
ту р е з о н а н с а . Этот |
п а р а м е т р |
з а в и с и т |
от |
проводимости |
стенок |
и ф о р |
||||||||||
м ы р е з о н а т о р а . |
Величина |
добротности |
р а с с ч и т ы в а е т с я |
по общей |
ф о р |
|||||||||||
м у л е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Энергия, |
з а п а с е н н а я в |
э л е к т р и ч е с к о м |
(или |
м а г н и т н о м ) |
поле |
||||||||||
^ ~ ^ п |
Энергия, |
т е р я е м а я |
з а |
один |
период |
колебаний |
|
|
|
|||||||
З а п а с е н н а я |
э н е р г и я |
о п р е д е л я е т с я п о с р е д с т в о м |
интегрирования |
в е л и |
||||||||||||
чины |
*Е2/2 |
по |
объему |
р е з о н а т о р а , а |
э н е р г и я |
п о т е р ь — и н т е г р и р о в а |
||||||||||
нием |
п о т е р ь |
в с т е н к а х |
по поверхности в е з о н а т о р а |
с и с п о л ь з о в а н и е м |
||||||||||||
т е о р е м ы |
Пойнтинга . Решени е |
для |
цилиндрических |
р е з о н а т о р о в |
в к л ю |
|||||||||||
ч а е т |
в с е б я |
функции Б е с с е л я , |
однако |
е г о |
удобно п р е д с т а в и т ь |
в г р а |
||||||||||
фическом |
виде в |
координатах |
ÇS/A. |
и |
D/L- С о о т в е т с т в у ю щ и е |
р е з у л ь |
||||||||||
т а т ы |
для |
нескольких |
обычных типов |
колебаний |
п р е д с т а в л е н ы на |
р и с . 6 . 3 . |
|
|
|
Р и с . 6.3. |
|
|
||
|
4 . Влияние п о т е р ь в |
с т е н к а х р е з о н а т о р а |
на ег о ч а с т о т у |
|
|||
Влияние у к а з а н н ы х потерь на |
резонансну ю |
ч а с т о т у обусловлено |
|||||
проникновением |
э л е к т р о м а г н и т н о г о |
поля |
внутрь |
металлическо й |
п о |
||
верхности, что |
у в е л и ч и в а е т |
эффективные |
р а з м е р ы р е з о н а т о р а . Этот |
||||
эффект |
наиболее удобно в ы р а з и т ь |
ч е р е з |
добротность р е з о н а т о р а |
Q. |
|||
Эссен |
и Г о р д о н - С м и т / 3 4 / |
использовали |
р а с ч е т ы Б е р н ь е / 1 6 / , |
к о |
|||
торый |
п о к а з а л , |
чт о постоянна я распространени я |
у ' волновода |
с к о - |
74 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Глава |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
нечной |
проводимостью |
стенок |
с в я з а н а с постоянной |
распространения |
||||||||||||||||||||||||||
волновода, |
не |
и м е ю щ е г о |
п о т е р ь , |
|
в ы р а ж е н и е м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
у'~у[1-Іх8Л(1-])/2^?], |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(6.6) |
|||||
г д е |
|
у '=2п['/ѵ,у |
|
= 2п{/ѵ,А |
|
- н е к о т о р а я |
функция |
э л е к т р о м а г н и т н о г о |
поля |
|||||||||||||||||||||
и |
S |
- |
толщина |
с к и н - с л о я . |
М н и м а я |
ч а с т ь |
э т о г о |
выражения |
с о о т в е т |
|||||||||||||||||||||
с т в у е т ослаблению |
колебания, |
т о г д а |
к а к д е й с т в и т е л ь н а я |
ч а с т ь |
о т в е т |
|||||||||||||||||||||||||
с т в е н н а |
з а |
уменьшение |
|
ч а с т о т ы . |
Д л я |
ч а с т о т |
|
( 6 . 6 ) |
м о ж е т |
быть |
з а |
|||||||||||||||||||
писано |
в |
виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
{' |
- / [ 1 -р8А(1 |
|
- / ) / 2 Ѵ ? ] . |
|
|
|
|
|
|
|
|
(6.7) |
||||||||
И з м е р я е м а я |
ч а с т о т а |
я в л я е т с я |
действительной |
ч а с т ь ю |
э т о г о |
|
в ы р а ж е |
|||||||||||||||||||||||
ния |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ ' =- / [ 1 |
- |
ц8А/2у/?\. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(6.8) |
||||
Поскольку |
величина |
добротности |
|
Q |
|
е с т ь д е й с т в и т е л ь н а я |
ч а с т ь |
у ' } |
||||||||||||||||||||||
деленная |
на удвоенную |
|
мнимую |
ч а с т ь |
у ' , |
то |
|
в ы р а ж е н и е |
( 6 . 8 ) |
п е р е |
||||||||||||||||||||
ходит |
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Г - / Л 1 + 1 / 2 0 ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(6.9) |
|||||||
Впоследствии |
э т а |
же проблема |
|
была |
р а с с м о т р е н а |
С л е т е р о м |
|
/ 8 6 / . |
||||||||||||||||||||||
С у щ е с т в у е т |
т а к ж е |
эффект |
в т о р о г о |
порядка |
и з - з а |
с л а б о г о |
и з м е н е н и я |
|||||||||||||||||||||||
резонансной |
ч а с т о т ы , однако в |
э к с п е р и м е н т а х , |
о п и с ы в а е м ы х |
з д е с ь , |
||||||||||||||||||||||||||
им |
|
можно |
пренебречь . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 . |
Эссен |
и Г о р д о н - С м и т |
|
|
/ 3 4 / |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
Э с с е н |
и Г о р д о н - С м и т |
у к а з а л и , |
что |
во |
в с е х |
предыдущих |
м е т о д а х |
|||||||||||||||||||||
основная |
ошибка |
возникала |
не |
з а с ч е т |
измерений |
длины |
или |
и н т е р |
||||||||||||||||||||||
валов |
времени, |
а |
и з - з а |
экспериментальной |
регулировки т а к о г о , |
н а |
||||||||||||||||||||||||
пример, |
п а р а м е т р а , |
как |
интенсивность |
с в е т а , |
при |
которой |
р а с с т о я н и е |
|||||||||||||||||||||||
и |
в р е м я распространения с о о т в е т с т в о в а л и |
друг |
другу . |
Т о ч н о с т ь |
т а |
|||||||||||||||||||||||||
кой |
настройки |
о к а з ы в а л а с ь низкой |
и п о э т о м у |
бралось |
с р е д н е е |
з н а ч е |
||||||||||||||||||||||||
ние |
и з м е р я е м о й |
величины |
для |
ряда |
различных н а с т р о е к . |
При |
т а к и х |
|||||||||||||||||||||||
условиях |
с и с т е м а т и ч е с к и е |
ошибки |
могли о с т а т ь с я |
н е з а м е ч е н н ы м и . В |
||||||||||||||||||||||||||
с в я з и |
с |
э т и м |
близкое |
совпадение |
различных |
|
р е з у л ь т а т о в |
было |
о б м а н |
|||||||||||||||||||||
ч и в ы м . |
В |
м е т о д е |
объемного р е з о н а т о р а |
т о ч н о с т ь |
настройки |
|
о к а з ы в а |
|||||||||||||||||||||||
е т с я высокой . |
Если |
добротность |
р е з о н а т о р а |
Q =2 |
• 1 0 4 , |
ток |
ч е р е з |
|
|
|
|
|
|
Измерения |
при помощи объемных |
резонаторов |
|
|
|
|
|
|
75 |
||||||||||||||||
р е з о н а т о р |
|
п а д а е т |
до |
|
0,5 |
е г о |
м а к с и м а л ь н о г о |
з н а ч е н и я |
|
при |
р а с с т р о й |
||||||||||||||||||||
к е , |
равной |
2,5 |
• 10ъ |
f- |
П о э т о м у |
при |
д о с т а т о ч н о |
большой |
а м п л и т у д е |
||||||||||||||||||||||
р е з о н а н с а |
|
и |
стабильных |
условиях было сравнительно л е г к о достичь |
|||||||||||||||||||||||||||
точности |
настройки |
2 - 1 0 _ |
6 . |
Ч а с т о т у , |
или интервалы |
|
в р е м е н и , и |
|
|||||||||||||||||||||||
р а з м е р ы |
р е з о н а т о р а |
можно |
и з м е р и т ь |
с т о ч н о с т ь ю |
I |
- |
1 0 ~ 6 . |
|
В ы с о к а я |
||||||||||||||||||||||
т о ч н о с т ь |
настройки |
позволила |
п р о а н а л и з и р о в а т ь |
и |
в |
значительной |
|
м е |
|||||||||||||||||||||||
ре |
исключить источники |
с и с т е м а т и ч е с к и х |
ошибок, |
в |
р е з у л ь т а т е |
ч е г о |
|||||||||||||||||||||||||
отпала |
|
необходимость |
в |
усреднении большого |
числа |
и з м е р е н и й . |
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 . 1 . Объемный |
р е з о н а т о р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
При в ы б о р е |
м а т е р и а л а |
и |
р а з м е р о в р е з о н а т о р а |
у ч и т ы в а л с я |
ряд |
|
||||||||||||||||||||||||
факторов . |
Д л я получения |
о с т р о г о |
р е з о н а н с а и |
малой |
величины |
п о п р а в |
|||||||||||||||||||||||||
ки |
на |
потери |
в |
с т е н к а х |
ж е л а т е л ь н о и с п о л ь з о в а т ь |
|
м а т е р и а л |
с |
высокой |
||||||||||||||||||||||
проводимостью . |
Однако |
т а к и е |
м а т е р и а л ы , |
|
к а к |
м е д ь |
или |
с е р е б р о , |
к |
|
|||||||||||||||||||||
сожалению, я в л я ю т с я |
слишком м я г к и м и |
с |
|
механической |
точки |
з р е н и я |
|||||||||||||||||||||||||
и и м е ю т |
высокий |
коэффициент |
т е м п е р а т у р н о г о |
расширения . |
Наиболее |
||||||||||||||||||||||||||
у д а ч н ы м |
для |
т о г о |
в р е м е н и |
к о м п р о м и с с о м |
|
было и з г о т о в л е н и е |
м е д н о г о |
||||||||||||||||||||||||
р е з о н а т о р а |
с и с п о л ь з о в а н и е м |
в ы с о к о к а ч е с т в е н н о г о |
оборудования, |
п о |
|||||||||||||||||||||||||||
з в о л я ю щ е г о |
получить |
наивысшую |
однородность р а з м е р о в |
р е з о н а т о р а . |
|||||||||||||||||||||||||||
Р а з м е р ы |
и ч а с т о т а |
настройки |
р е з о н а т о р а |
|
могли |
в ы б и р а т ь с я |
|
в |
д о с т а |
||||||||||||||||||||||
точно |
широких пределах . |
В |
то в р е м я |
существовали |
г е н е р а т о р ы |
с |
|
|
|||||||||||||||||||||||
ч а с т о т а м и |
вплоть |
до |
1 0 |
ГГц. При увеличении |
ч а с т о т ы |
|
глубина |
п р о |
|||||||||||||||||||||||
никновения |
э л е к т р и ч е с к о г о |
поля |
п а д а е т |
и |
с о о т в е т с т в е н н о |
у м е н ь ш а е т |
|||||||||||||||||||||||||
с я |
поправка |
на |
скин - эффект . С |
другой |
стороны, |
н и з к о ч а с т о т н ы е |
г е |
||||||||||||||||||||||||
н е р а т о р ы |
обладали |
большей |
с т а б и л ь н о с т ь ю |
ч а с т о т ы . |
С у ч е т о м |
этих |
|||||||||||||||||||||||||
соображений, |
а |
т а к ж е |
и м е в ш е г о с я |
оборудования |
для |
полировки |
р е з о |
||||||||||||||||||||||||
натора, |
е г о |
д и а м е т р |
|
был выбран |
р а в н ы м |
~ 8 |
с м |
при |
длине, |
|
с о о т в е т |
||||||||||||||||||||
ствующей |
|
ч а с т о т а м |
в |
районе |
3 |
ГТц. Эти |
р а з м е р ы |
подбирались |
т а к , |
||||||||||||||||||||||
ч т о б ы получить р е з о н а н с ы на нескольких невозмущенных типах |
к о л е |
||||||||||||||||||||||||||||||
баний |
в |
данном |
ч а с т о т н о м |
д и а п а з о н е . |
Поперечное |
с е ч е н и е |
т а к о г о |
|
р е |
||||||||||||||||||||||
з о н а т о р а |
п о к а з а н о |
на |
рис . |
6 . 4 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Цилиндрическая |
ч а с т ь |
р е з о н а т о р а в ы т а ч и в а л а с ь |
и з |
сплошного |
|
|||||||||||||||||||||||||
с т е р ж н я |
и |
з а т е м полировалась, |
при э т о м |
т о ч н о с т ь |
истинных |
р а з м е р о в |
|||||||||||||||||||||||||
не |
и м е л а |
особого |
з н а ч е н и я . Т о р ц е в ы е |
|
поверхности |
цилиндра |
|
шлифова |
|||||||||||||||||||||||
ли |
т а к , |
ч т о б ы обеспечить их |
п л о с к о с т н о с т ь , в з а и м о п а р а л л е л ь н о с т ь |
и |
|||||||||||||||||||||||||||
перпендикулярность |
оси |
цилиндра; |
т о р ц е в ы е стенки |
р е з о н а т о р а |
и з г о |
||||||||||||||||||||||||||
тавливали |
|
в виде плоских пластин и прикрепляли к |
цилиндру |
в о с е м ь ю |
|||||||||||||||||||||||||||
в и н т а м и . |
Штыри |
с в я з и |
А |
и |
В , и з г о т о в л е н н ы е |
и з |
проволоки |
д и а м е т |
|||||||||||||||||||||||
ром 0 , 0 1 5 |
с м , |
вводили |
в |
р е з о н а т о р |
ч е р е з |
о т в е р с т и я |
д и а м е т р о м |
|
|
||||||||||||||||||||||
0 , 0 3 |
с м |
на |
глубину |
м е н е е |
0 , 0 1 |
с м . |
Д л я |
|
р а з н ы х |
отверстий |
|
с в я з и |
и |
||||||||||||||||||
глубин |
|
введения |
штырей |
в |
р е з о н а т о р |
было |
у с т а н о в л е н о |
э к с п е р и м е н |
|||||||||||||||||||||||
т а л ь н о , |
что |
ошибка |
и з - з а их |
влияния |
о к а з а л а с ь |
м е н е е |
|
6 |
' |
1 0 _ |
6 . |
|
|
||||||||||||||||||
Штырь |
|
с в я з и |
В |
соединялся непосредственно |
с к р и с т а л л и ч е с к и м |
д е - |
76 |
Глава 6 |
т е к т о р о м С, з а к о т о р ы м с л е д о в а л г а л ь в а н о м е т р . В р я д е э к с п е р и м е н т о в
кристаллический |
д е т е к т о р |
удаляли, а |
||||||||
штырь |
с в я з и |
с |
помощью |
|
к о а к с и а л ь |
|||||
ного к а б е л я |
подсоединяли |
к с у п е р |
||||||||
г е т е р о д и н н о м у |
приемнику. |
Т а к о й |
м е |
|||||||
т о д д е т е к т и р о в а н и я |
сигнала |
о к а з а л |
||||||||
с я несколько |
более |
ч у в с т в и т е л ь н ы м . |
||||||||
Втулки |
D |
и |
С |
быгаі |
просверлены |
|||||
для обеспечения |
свободного |
выхода |
||||||||
воздуха, т а к |
как |
и з м е р е н и я |
были |
|
||||||
проведены |
с |
р е з о н а т о р о м , |
|
находящим |
||||||
с я в в а к у у м е . |
|
|
|
|
|
|
|
|||
5 . 2 . Процедура измерений |
|
|||||||||
У с т р о й с т в о |
аппаратуры |
п о к а з а н о |
||||||||
на рис . 6 . 5 . |
Объемный |
р е з о н а т о р |
н а |
|||||||
ходился под |
в а к у у м н ы м |
колпаком, |
к о |
|||||||
торый |
можно |
было |
о т к а ч и в а т ь . Один |
|||||||
из штырей |
с в я з и |
соединял |
р е з о н а т о р |
с л а м п о в ы м г е н е р а т о р о м . И с п о л ь з о
ванные |
іарки |
г е н е р а т о р о в |
были |
и з |
|||
в е с т н ы |
в |
то в р е м я |
как |
Cl |
- 3 5 |
Д Л я |
|
колебаний |
вида |
£-„0 .1-0 |
и |
Cl |
- 2 3 4 |
К гальванометру
Кааель к генератору
Р и С. 6.4.
для |
колебаний |
вида |
Е |
Эти |
марки г е н е р а т о р о в |
выбраны |
потому, |
|
что |
их ч а с т о т ы |
м о г у т |
п е р е с т р а и в а т ь с я очень плавно . Э к с пер и м е н т |
|||||
проводился так, |
что |
мощность |
э т и х г е н е р а т о р о в |
существенно не и з |
||||
м е н я л а с ь при |
п е р е с т р о й к е ч а с т о т ы во в с е м необходимом |
диапазоне . |
||||||
|
|
|
|
|
Объемный |
Термометр |
|
|
|
|
|
|
|
резонатор |
|
|
|
Стандарт
частоты
НФЛ
Р и с . 6.5.
Гетеродинный
волномер
Насос
Второй штырь с в я з и |
подсоединялся к г а л ь в а н о м е т р у , |
если в |
э к с п е р и |
||
м е н т а х и с п о л ь з о в а л с я |
кристаллический |
д е т е к т о р , |
или |
же к |
с у п е р г е т е |
родинному приемнику, |
как это п о к а з а н о |
на рис . |
6 . 5 . |
|
|
|
|
|
Измерения |
при помощи объемных резонаторов |
|
|
77 |
|||||
|
В |
к а ч е с т в е приемника |
и с п о л ь з о в а л с я |
а н а л и з а т о р спектра, |
к о т о |
|||||||
рый |
был |
особенно |
полезен, |
т а к как |
принимаемый с и г н а л |
р е г и с т р и р о |
||||||
в а л с я |
с |
помощью |
катодно - лучевой |
трубки |
в з н а ч и т е л ь н о м |
|
диапазоне |
|||||
ч а с т о т |
б е з перестройки |
приемника . |
Один |
и з э к с п е р и м е н т а т о р о в |
н а с т |
|||||||
р а и в а л г е н е р а т о р |
на м а к с и м у м с и г н а л а г а л ь в а н о м е т р а или |
п р и е м н и |
||||||||||
ка, |
одновременно |
другой |
э к с п е р и м е н т а т о р |
и з м е р я л ч а с т о т у |
г е н е р а т о |
|||||||
ра |
с помощью г е т е р о д и н н о г о |
в о л н о м е р а , |
р а з р а б о т а н н о г о |
Э с с е н о м и |
||||||||
Г о р д о н о м - С м и т о м |
/ 3 3 / . |
Э т о т |
волномер в |
свою очередь |
с р а в н и в а л с я |
со с т а н д а р т о м ч а с т о т ы . Д о б р о т н о с т ь р е з о н а т о р а о п р е д е л я л а с ь по и з
менению ч а с т о т ы , |
приводящему |
к |
уменьшению тока |
вдвое |
по |
с р а в н е |
||||||||||||||||||||
нию с е г о м а к с и м а л ь н ы м |
з н а ч е н и е м . |
П р и м е н я е м ы й |
в э к с п е р и м е н т а х |
|||||||||||||||||||||||
д е т е к т о р о б л а д а л квадратичной |
характеристикой, |
и |
п о э т о м у п р и н и м а е |
|||||||||||||||||||||||
м ы й с и г н а л |
у м е н ь ш а л с я |
|
в |
ІД/ІГ |
|
от |
е г о |
пикового |
з н а ч е н и я . |
|
|
|
||||||||||||||
Д л я |
обеспечения |
стабильной |
|
и |
равномерной |
т е м п е р а т у р ы |
о б ъ е м |
|||||||||||||||||||
ного р е з о н а т о р а |
вакуумный |
колпак |
хорошо |
т е п л о и з о л и р о в а л с я |
и |
о т |
||||||||||||||||||||
к а ч и в а л с я по |
крайней |
м е р е |
з а |
1 2 |
ч |
до |
начала |
и з м е р е н и й . |
П о с к о л ь |
|||||||||||||||||
ку внешняя |
т е м п е р а т у р а |
о с т а в а л а с ь |
сравнительно постоянной, |
т е п л о |
||||||||||||||||||||||
изоляция колокола д а в а л а лучшие |
р е з у л ь т а т ы , ч е м |
какой - либо |
п р о |
|||||||||||||||||||||||
стой способ |
а в т о м а т и ч е с к о г о |
контроля |
т е м п е р а т у р ы . |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
5 .3 |
Определение |
р а з м е р о в |
р е з о н а т о р а |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Определение |
р а з м е р о в |
р е з о н а т о р а |
|
проводилось |
в м е т р о л о г и ч е с к о м |
|||||||||||||||||||||
о т д е л е |
НФЛ |
в к о м н а т е |
с |
постоянной |
т е м п е р а т у р о й . |
Д л я и з м е р е н и я |
||||||||||||||||||||
внутреннего |
д и а м е т р а и с п о л ь з о в а л с я |
горизонтальный |
к о м п а р а т о р , |
|||||||||||||||||||||||
имевший з а к р у г л е н н ы е |
к о н т а к т н ы е |
щупы |
( р а д и у с о м |
0 , 4 |
с м ) |
и |
|
р а б о |
||||||||||||||||||
тавший |
при |
э к в и в а л е н т н о м |
давлении |
э т и х |
щупов |
0,3 |
к г . |
Подходящая |
||||||||||||||||||
комбинация |
плотно |
с ж а т ы х |
и з м е р и т е л ь н ы х |
плиток и концевых |
м е р |
|||||||||||||||||||||
выполняла роль |
э т а л о н н о г о |
б а з и с а , |
разница |
м е ж д у |
длиной |
к о т о р о г о |
||||||||||||||||||||
и д и а м е т р о м |
|
р е з о н а т о р а фиксировалась |
на |
оптической |
шкале |
к о м п а |
||||||||||||||||||||
р а т о р а . |
Э т а |
разница |
м о г л а |
о т с ч и т ы в а т ь с я |
непосредственно |
по |
шкале |
|||||||||||||||||||
вплоть |
до 1,3 |
м к м с |
точностью |
|
0,3 |
м к м . |
Д и а м е т р |
р е з о н а т о р а |
|
и з м е |
||||||||||||||||
р я л с я в |
в о с ь м и различных поперечных направлениях и |
в |
с е м и |
п о л о |
||||||||||||||||||||||
жениях |
вдоль оси цилиндра. Концевые |
м е р ы |
и з м е р я л и с ь |
и н т е р ф е р о - |
||||||||||||||||||||||
м е т р и ч е с к и м |
|
способом в единицах длин волн |
с т а н д а р т а |
длины. |
|
|
||||||||||||||||||||
Длина р е з о н а т о р а |
о п р е д е л я л а с ь |
с |
|
помощью |
в е р т и к а л ь н о г о |
к о м п а |
||||||||||||||||||||
ратора, |
имеющего |
закругленный |
контактный |
щуп и |
оптическую |
|
шкалу, |
|||||||||||||||||||
к а к и у |
г о р и з о н т а л ь н о г о |
к о м п а р а т о р а . |
Один |
конец |
цилиндра |
у с т а н а в |
||||||||||||||||||||
л и в а л с я |
на к о н т а к т с |
горизонтальной |
пластиной |
и з м е р и т е л ь н о г о |
п р и |
|||||||||||||||||||||
бора, а |
в ы с о т а |
другого |
конца |
в |
р а з л и ч н ы х |
т о ч к а х |
с р а в н и в а л а с ь |
с |
||||||||||||||||||
с о о т в е т с т в у ю щ и м |
набором |
концевых м е р . Б ы л о |
проведено |
несколько |
||||||||||||||||||||||
контрольных |
|
измерений |
с т е м , |
ч т о б ы |
в ы я с н и т ь , |
в л и я е т |
ли |
на |
д и а |
|||||||||||||||||
м е т р и |
длину |
р е з о н а т о р а |
привинчивание |
е г о |
т о р ц е в ы х |
стенок . |
Однако |
|||||||||||||||||||
в пределах точности |
прибора |
( ± 0,8 |
м к м ) |
никаких |
деформаций |
|
о б н а - |
78 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Глава 6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ружено |
не |
было . При обычных и з м е р е н и я х |
концевые |
м е р ы |
и |
с т а н д а р |
|||||||||||||||||
т ы |
длины, |
по |
к о т о р ы м |
они контролируются, |
и з г о т о в л е н ы |
и з о д и н а к о |
|||||||||||||||||
вых |
с о р т о в |
стали, п о э т о м у |
т е м п е р а т у р н ы е |
|
эффекты |
в з а и м н о |
к о м п е н |
||||||||||||||||
сируются . Однако в данном |
с л у ч а е в с в я з и |
с и с п о л ь з о в а н и е м |
|
м е д н о |
|||||||||||||||||||
г о р е з о н а т о р а |
были |
приняты специальные |
м е р ы предосторожности: |
||||||||||||||||||||
непрерывный |
контроль |
т е м п е р а т у р ы р е з о н а т о р а |
и |
|
концевых |
мер . Б ы |
|||||||||||||||||
ла |
введена |
т а к ж е поправка |
на различие в деформациях медной и |
||||||||||||||||||||
стальной поверхностей, |
в ы з ы в а е м ы х д а в л е н и е м |
концевой |
м е р ы . |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
5 . 4 . Р е з у л ь т а т ы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
П е р в о н а ч а л ь н ы е |
и з м е р е н и я |
проводились |
|
на |
типах |
колебаний 7W0 1 0 , |
||||||||||||||||
ТМои. ТМоп, |
ТЕои |
|
и |
ТЕ,и.Как. |
ясно |
из рис . 6 . 2 , |
использованный |
||||||||||||||||
м е т о д |
с в я з и |
о б е с п е ч и в а л |
преимущественное |
|
возбуждение |
|
Tli!m |
к о л е |
|||||||||||||||
баний. Колебания ТМ0Ю |
|
и |
TM и |
в о з б у ж д а л и с ь |
с |
достаточной |
|
а м п л и |
|||||||||||||||
тудой, |
когда |
штыри |
с в я з и |
находились |
вровень |
с |
торцевой |
стенкой |
|||||||||||||||
р е з о н а т о р а , |
однако |
для возбуждения других |
|
типов |
колебаний |
было |
|||||||||||||||||
необходимо |
вводить |
эти штыри внутрь |
р е з о н а т о р а |
на |
глубину |
|
1-2 м м |
||||||||||||||||
В с л у ч а е колебаний |
типа |
ТЕ и с п о л ь з о в а л и с ь |
э л е м е н т ы |
с в я з и |
|
в виде |
|||||||||||||||||
п е т е л ь , |
направленных так , |
ч т о б ы обеспечить |
в з а и м о д е й с т в и я |
с м а г |
|||||||||||||||||||
нитным |
полем |
р е з о н а т о р а . |
Д и а м е т р отверстий |
с в я з и |
в э т и х |
э к с п е р и |
|||||||||||||||||
м е н т а х |
с о с т а в л я л 0 , 1 5 |
с м . Р е з у л ь т а т ы измерений |
приведены |
в |
|||||||||||||||||||
т а б л . I I . Поскольку |
для т р е х последних |
из |
у к а з а н н ы х |
типов к о л е б а |
|||||||||||||||||||
ний |
необходимо |
глубоко |
в в о д и т ь |
э л е м е н т ы |
|
с в я з и |
|
внутрь |
р е з о н а т о р а , |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а II |
||
|
|
|
|
|
|
П р е д в а р и т е л ь н ы е р е з у л ь т а т ы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Тип р е з о н а н |
Константа |
П о п р а в о ч |
И з м е р е н н а я |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
с а |
|
|
|
Г |
|
|
ный |
к о э ф |
|
ч а с т о т а |
|
|
к м / с |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фициент |
|
|
|
ГГц |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( 1 + 1 / 2 Ç ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 , 4 0 4 8 2 5 |
|
1 , 0 0 0 0 2 8 |
|
3 , 1 0 2 1 2 |
|
|
2 9 9 7 9 7 |
|||||||||||
™ о „ |
|
|
|
2 , 4 0 4 8 2 5 |
|
1 , 0 0 0 0 3 5 |
|
3 , 5 6 2 3 8 |
|
|
2 9 9 7 9 8 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
™ои |
|
|
|
2 , 4 0 4 8 2 5 |
|
1 , 0 0 0 0 3 0 |
|
4 , 6 7 8 8 1 |
|
|
2 9 9 7 8 5 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
3 , 8 3 1 7 0 6 |
|
1 , 0 0 0 0 1 5 |
|
5 , 2 4 3 9 6 |
|
|
2 9 9 7 9 9 |
|||||||||||
re,,, |
|
|
|
|
1 , 8 4 1 1 8 4 |
|
1 , 0 0 0 0 3 1 |
|
2 , 9 5 0 7 8 |
|
|
2 9 9 |
|
7 7 7 |
|||||||||
|
Средний д и а м е т р |
р е з о н а т о р а 7 , 3 9 7 5 9 ± 0 , 0 0 0 1 2 |
с м ; |
отклонения |
|||||||||||||||||||
± 0 , 0 0 0 4 5 |
см ; |
средняя |
длина 8 , 5 5 8 4 4 + 0 , 0 0 0 3 |
с м |
|
|
|
|
|
|
|
|
Измерения |
при помощи объемных |
резонаторов |
|
|
|
79 |
||||||||||
в |
окончательных и з м е р е н и я х |
и с п о л ь з о в а л и с ь |
т о л ь к о |
п е р в ы е |
два типа . |
|||||||||||||
Б ы л о решено проконтролировать и |
улучшить |
п о с т о я н с т в о |
|
р а з м е р о в |
||||||||||||||
р е з о н а т о р а |
как по |
е г о длине, |
т а к |
и |
по |
д и а м е т р у . Д и а м е т р |
о т в е р с т и я |
|||||||||||
с в я з и был |
уменьшен |
до |
0 , 0 3 |
с м . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
У к а з а н н ы е р е з у л ь т а т ы |
основаны |
на |
серии измерений |
р а з м е р о в , |
|||||||||||||
к о т о р ы е были проведены |
в |
период |
м е ж д у |
д в у м я |
сериями |
|
э л е к т р и ч е с |
|||||||||||
ких изм ер е н и й . Данные, |
иллюстрирующие |
д о с т и г н у т о е п о с т о я н с т в о |
|
|||||||||||||||
р а з м е р о в , |
приведены |
в т а б л . |
Ill и |
I V . Видно, ч т о цилиндр |
р е з о н а т о |
|||||||||||||
ра |
был с л е г к а о в а л ь н ы м |
с |
разницей |
м е ж д у м а к с и м а л ь н ы м |
|
и м и н и |
||||||||||||
м а л ь н ы м д и а м е т р а м и |
2 |
м к м |
(3 • Ю |
- 5 |
) . Поскольку |
поле |
и с п о л ь з у е |
|||||||||||
м ы х типов колебаний симметрично |
относительно |
оси, в |
к а ч е с т в е |
э ф |
||||||||||||||
фективного |
д и а м е т р а |
и с п о л ь з о в а л о с ь |
е г о |
с р е д н е е з н а ч е н и е . |
Длина |
|
||||||||||||
в н у т р е н н е г о к р а я |
цилиндра |
была несколько |
больше, |
ч е м |
наружного, |
|||||||||||||
и |
плавно и з м е н я л а с ь |
по |
окружности |
на |
величину |
2,2 |
м к м . |
В к а ч е с т |
||||||||||
в е |
эффективной длины |
р е з о н а т о р а |
выбиралось е е |
с р е д н е е |
з н а ч е н и е |
по |
||||||||||||
внутреннему краю |
цилиндра. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
И з м е р е н н ы е значения резонансной ч а с т о т ы , |
поправочного коэффи |
||||||||||||||||
циента и скорости |
с в е т а |
приведены |
в т а б л . |
V . |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
111 |
|
|
Д и а м е т р р е з о н а т о р а , |
выраженный |
в |
единицах |
отклонения |
|
||||||||||||
|
|
о т с р е д н е г о з н а ч е н и я 7 , 3 9 9 5 7 с м |
|
|
|
|
|
Р а с с т о я н и е от к о н
ца |
р е з о н а т о р а вдоль |
е г о |
оси, с м |
Д и а м е т р в р а з л и ч н ы х д и а м е т р а л ь н ы х |
|
||||||
|
п л о с к о с т я х |
при 2 0 ° С , |
1 0 _ Б |
с м |
|
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
0 , 1 3 |
- 1 5 |
- 6 |
+ 1 |
+ 1 |
+7 |
|
+3 |
0 |
- 1 0 |
1,3 |
- 2 0 |
- 1 1 |
- 4 |
- 2 |
+ 1 |
+2 |
- 4 |
- 1 6 |
|
2,8 |
- 2 0 |
- 1 3 |
- 1 7 |
- 2 |
+ 9 |
+7 |
- 4 |
- 2 0 |
|
4,3 |
- 1 5 |
- 9 |
- 6 |
+3 |
+8 |
+ 1 0 |
- 3 |
- 1 4 |
|
5,8 |
- 2 |
+ 6 |
+ 1 3 |
+ 1 3 |
+27 |
+ 2 4 |
+ 1 3 |
0 |
|
7,3 |
- 3 |
- 3 |
+6 |
+ 1 0 |
+ |
1 4 |
+ 9 |
+7 |
0 |
8 , 4 |
+7 |
- 1 |
+5 |
+8 |
+ |
1 0 |
+8 |
+2 |
+ 9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а I Y |
|
|||
|
Длина |
р е з о н а т о р а , |
выраженная |
в |
единицах |
отклонения |
|
|||||||
от |
с р е д н е г о |
значения |
8 , 5 3 6 3 7 |
с м для внутреннего |
к р а я цилиндра |
|||||||||
|
Положение |
|
|
Длина |
при |
2 0 ° С , |
1 0 |
5 с м |
|
|
||||
|
и з м е р е н и я |
вблизи в н у т р е н |
в |
центре |
вблизи |
в н е ш |
|
|||||||
|
|
|
него |
к р а я |
|
|
|
|
него |
к р а я |
|
|||
|
1 |
|
|
- |
S |
|
|
- 1 3 |
|
|
- 1 6 |
|
||
|
2 |
|
|
+ |
5 |
|
|
+ |
2 |
|
|
- |
8 |
|
|
3 |
|
|
+ |
9 |
|
|
+ |
6 |
|
|
+ |
1 |
|
|
4 |
|
|
+ |
9 |
|
|
+ |
9 |
|
|
+ |
3 |
|
|
5 |
|
|
+ |
7 |
|
|
+ |
2 |
|
|
- |
3 |
|
|
6 |
|
|
- |
2 |
|
|
- |
5 |
|
|
- 1 2 |
|
|
|
7 |
|
|
- 1 3 |
|
|
- 1 4 |
|
|
- 1 7 |
|
|||
|
8 |
|
|
- |
9 |
|
|
- 1 3 |
|
|
- 1 7 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а V |
|
|
Р е з о н а н с н ы е |
ч а с т о т ы |
колебаний |
ТЫ |
и |
ТМ.„ |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
010 |
|
°" |
|
|
|
|
|
и з н а ч е н и е скорости |
с в е т а |
с |
|
|
|
|
|||||
|
Д а т а |
Тип |
|
Поправочный |
|
|
И з м е р е н н а я |
|
|
|||||
|
|
р е з о н а н с а |
коэффициент |
|
ч а с т о т а / ; |
, |
Сд^СМ/с |
|||||||
|
|
|
|
|
( 1 + 1 / 2 0 ) |
|
|
ГГц |
|
|
|
|
||
2 о к т . 1 9 4 6 г . |
|
|
1 , 0 0 0 0 2 8 |
|
|
3 , 1 0 1 2 5 |
|
2 9 9 7 9 3 |
||||||
|
|
|
™о,і |
1 , 0 0 0 0 3 5 |
|
|
3 , 5 6 3 8 0 |
|
2 9 9 |
7 9 1 |
||||
2 5 |
о к т . 1 9 4 6 г . |
™010 |
1 , 0 0 0 0 2 8 |
|
|
3 , 1 0 1 2 8 |
|
2 9 9 |
7 9 6 |
|||||
|
|
|
|
|
1 , 0 0 0 0 3 5 |
|
|
3 , 5 6 3 7 7 |
|
2 9 9 7 8 9 |
||||
|
Длина р е з о н а т о р а |
8 , 5 3 6 3 7 ± 0 , 0 0 0 0 8 |
см ; д и а м е т р |
р е з о н а т о р а |
7 , 3 9 9 5 7 + 0 , 0 0 0 0 3 см ; к о н с т а н т а Г = 2 , 4 0 4 8 2 5 . С р е д н е е з н а ч е н и е скорости с в е т а cQ =2 9 9 7 9 2 к м / с .