Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_11004
.pdf
пластинчатый осциллятор.
Если пластинчатый осциллятор имеет лишь незначительные внутренние потери, то есть если слой
дипольного вещества, расположенный между пластинами, достаточно тонкий, и если проводимость пластин
хорошая, то есть если он обладает резко выраженными резонансными свойствами -25°, то для
предотвращения обратного воздействия на передатчик необходима очень слабая связь между осциллятором
и передатчиком. При широкой резонансной кривой осциллятора связь может быть более жесткой. Слабая
связь генератора осуществляется по аналогии с высокочастотной техникой.
Некоторые примеры практического осуществления этого соединения приведены на рисунках 4 и 5.
Модификации 5a к Sd, в которых S является источником энергии, в совокупности обеспечивают связь
колебательной энергии через небольшую частичную емкость, которая, например, для пластин размером 10
сантиметров может составлять от 1/10 до 2 сантиметров емкости.
Частичные емкости такого порядка достигаются в соответствии с модификацией, показанной на рисунке 5а,
путем установки на каждой пластине шарика с проволочным кольцом, расположенным вокруг него на
расстоянии нескольких миллиметров, на рисунке 5б — путем установки двух шариков, а на рисунке 5в —
путем установки двух небольших пластин. Рисунок 5d отличается от них тем, что частичная емкость
формируется непосредственно между пластинами осциллятора и противоэлектродом.
Преимущество этой модификации заключается в том, что точки соединения с пластинами можно легко
изменять. Для рассматриваемого здесь диапазона частот метод связи по пропускной способности является
особенно простым и подходящим решением. Использование емкостной связи не является обязательным.
Дальнейшая модификация соединения показана на рисунке 5e, в которой передатчик соединен индуктивно и
гальванически с платоосциллятором через короткий отрезок провода.
В этом случае связь происходит не в точке максимума напряжения, а вблизи узловой точки. На рисунке e
схематически изображена земля; она не предназначена для представления земли в обычном смысле
(который больше нельзя использовать без возражений в этом диапазоне 7 f equencv), а лишь для
обозначения соединения соответствующей точки цепи с металлической массой, обладающей достаточно
большой емкостью по отношению к земле. При желании, даже в концентрированном поле излучения,
платеосциллятор может быть также подключен к полю излучения 75°.
Для того чтобы осуществить настройку на одну из собственных частот дипольного вещества, необходимо,
чтобы собственная частота 80-вольтового пластинчатого генератора поддавалась настройке. При настройке
предпочтительнее различать грубую и тонкую настройку. Грубая настройка осуществляется путем изменения
размеров, особенно диаметра пластин осциллятора. Для того чтобы иметь возможность настраиваться на
дипольное вещество, собственная частота которого имеет определенное значение при заданной температуре
и концентрации, всегда необходимо использовать соответствующий размер пластинчатого генератора 9go.
Например, если естественный резонанс дипольного вещества находится на длине волны 30 сантиметров, то
для круглых пластин необходим диаметр 10 сантиметров 95, при условии, что будет использоваться основная
частота колебаний осциллятора, которая создает специально концентрированное поле.
После грубой настройки, выполненной путем определения размеров, для достижения резонанса все еще
необходима точная настройка. На практике точная настройка проще всего осуществляется путем изменения
расстояния между пластинами. Чем меньше это расстояние, i05, тем выше собственная частота. Антенный
генератор подходит для генерации концентрированных электромагнитных переменных полей с длиной волны
от 5 миллиметров до 10 метров. Важные технические эффекты возникают при модуляции резонансных
электромагнитных возбуждений высокой или низкой частотой. В качестве примеров кратко описаны эффекты
модуляции в случае возбуждения пластинчатого осциллятора, защитное покрытие которого прозрачно и
проводит электричество. Если пластинчатая система подготовлена настолько прозрачной путем катодной
атомизации, при этом сохраняя хорошую проводимость, чтобы поглощалось или отражалось лишь около 20
процентов света, то с помощью поляризованного света конфигурация стационарного волнового поля
изображается эффектом ориентации, создаваемым в дипольном веществе, вызывающем двойное
преломление.
Если пластинчатый осциллятор модулируется путем воздействия низкочастотного тонального колебания, то
сформированный волновой пакет отпечатывается во всех деталях на диэлектрике. Дата: 18 апреля 193 г.
Описанное расположение делает их видимыми в двух измерениях. Описанный аппарат J. Y. & G. WV.
JOHNSON может быть использован, в частности, для управления мощными световыми лучами. 47,
Линкольнс-Инн-Филдс, Лондон, \W.C.2 Агенты.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ.
Усовершенствования устройств для генерации электромагнитных полей
Колебания с квазиоптическими частотами.
Я, Джеймс Йейт Йорнсон, подданный Великобритании, проживающий по адресу: Линкольнс-Инн-Филдс, 47, в
Уважаемые господа из графства Лондон, настоящим заявляю о характере данного изобретения (о котором
мне сообщили из-за границы компания Ternion Aktiengeseilschaft из Гларуса, Швейцария, акционерное
общество, организованное в соответствии с законодательством Швейцарии) и о способе его осуществления,
которые будут подробно описаны и установлены в следующем заявлении:
Данное изобретение относится к устройствам для генерации электромагнитных полей, колеблющихся с
квазиоптическими частотами. Под квазиоптической частотой понимается частота, соответствующая (в
общепринятом смысле) длине волны, находящейся в диапазоне от нескольких десятых миллиметра до трех
метров.
Как поясняется в находящейся на рассмотрении заявке № 32,555/32 (серийный номер 4-17,501), дипольные
вещества могут быть необратимо изменены (в смысле, определенном в ней) путем воздействия на них
электромагнитных полей достаточной интенсивности, колеблющихся с квазиоптическими частотами.
Целью данного изобретения является предоставление средств для получения концентрированных
высокочастотных полей, необходимых для этой и других целей.
Согласно общему физическому принципу, колебания большой амплитуды могут быть сгенерированы с
помощью явления резонанса, то есть путем возбуждения системы силой, изменяющейся с частотой, равной
частоте одной из ее мод свободных или собственных колебаний, обычно называемой собственной частотой.
Этот принцип применялся к электромагнитным колебаниям как квазиоптического, так и более низкого порядка,
обычно в целях синхронизации, а не для генерации полей большой интенсивности. Некоторые из систем,
разработанных для этой цели, представляли собой комбинации дискретных конденсаторов и собственных
индуктивностей; другие же были системами с распределенной емкостью и индуктивностью, такими как пара
параллельных проводов (обычно называемых проводами Лехера) или пара концентрических цилиндров.
Кроме того, эти системы, обладающие распределенной емкостью и индуктивностью, были возбуждены до
высших мод собственных колебаний, а также до основной моды.
Хорошо известно, что такие системы 60, обладающие распределенной емкостью и индуктивностью, имеют
множество узлов естественных колебаний, аналогичных различным модам акустического вибратора. Эти
режимы зависят от строения системы 65 и от условий на её границах.
Для любого граничного условия существует один режим, частота которого наименьшая; он называется
основным режимом, тогда как другие режимы с более высокой частотой называются высшими режимами. (В
акустической аналогии высшие моды часто называют гармониками). Системы параллельных проводов и
концентрических цилиндров часто возбуждаются до высших мод, 75 а также основной моды своих
собственных колебаний. Когда любая система приводится в состояние электромагнитных колебаний, в ее
окрестности создается электромагнитное поле той же частоты. Однако поля квазиоптической частоты,
получаемые при возбуждении параллельных проводов или концентрических цилиндров, как правило,
недостаточно интенсивны на достаточном объеме для вышеупомянутой цели. Было установлено, что
подходящие поля могут быть получены путем возбуждения системы из противолежащих пластин в высших
модах собственных колебаний. Подобная система из 90 противоположно расположенных пластин,
предназначенная для возбуждения электромагнитных колебаний, будет называться пластинчатым
резонатором.
Простейший пластинчатый резонатор, показанный на рисунке 1 прилагаемых чертежей, представляет собой
пару из 95 круглых параллельных проводящих пластин. Но это не единственная разновидность пластинчатого
резонатора.
Согласно изобретению, устройство для генерации концентрированного электромагнитного поля с
квазиоптической частотой включает пластинчатый резонатор и средства, не зависящие от резонатора, для его
возбуждения до одного или нескольких естественных электромагнитных колебаний. Возбуждающие средства
следует считать независимыми от резонатора, если и если цепь, частью которой является резонатор,
способна к колебаниям, даже если резонатор будет удален из цепи. Таким образом, 417 564 Э =
напряженность электрического поля между пластинами.
F = ток, протекающий вдоль поверхности пластины 65.
z, g = диэлектрическая постоянная и магнитная проницаемость среды между пластинами.
c = скорость света.
v=C//-p. (всегда предполагается равным 70 единице).
t = время.
T = период моды колебаний.
co =27r/T.
X = cT (эквивалентная длина волны, соответствующая T и co).
o = значение co для основной моды колебаний.
cpq = значение X для высшего режима, характеризуемого целыми числами P, q. 0.rel. = Cpq/co 80 Будет
предполагаться, что пластины обладают бесконечной проводимостью, так что E всегда перпендикулярно их
поверхности, и что d настолько мало, что dE/dn, где n — нормаль к поверхности, везде равно нулю. Тогда
задача становится двумерной, и d не входит в уравнения, пока a и V остаются постоянными между
пластинами.
(а) КРУГЛАЯ ПЛАСТИНА. 90 Первый случай — это круглые параллельные пластины радиусом R. Возьмем
цилиндрические координаты r, tp, z с началом координат в центре одной из пластин, причем z
перпендикулярно поверхности. Затем, если составить и решить уравнения Максвелла, получится известное
уравнение.
E = ApqJ cpqJ. cos ( ). cos (cPt). (1) где JP — функция Бесселя первого рода p-го порядка. Суффикс интеграла
i00 q соответствует q-му корню этой функции. Apq зависит от интенсивности возбуждения.
Для дальнейшего продвижения необходимо ввести граничные условия. Существует два основных условия,
которые в акустической аналогии соответствуют соответственно защемленному и свободному краям. Случай
защемленного края, описанный выше, будет подробно рассмотрен: он определяется граничным условием 110
E=o; когда r=R. - - - - (2) то есть напряженность электрического поля на краю равна нулю. Физически это
означает увеличение грузоподъемности устройства, как я объясню позже.
Если x' — корень q-й степени из J = 0, значения t % задаются формулой &=)p'. v...... Значения x:,, для
различных значений p,q 120 хорошо известны и часто приводятся в табличном виде. Одно из них приведено
во втором столбце рисунка 7, а значения p и q указаны в первом столбце. Значения расположены в порядке
возрастания. Возбуждающее средство, представляющее собой искру, проходящую между пластинами
резонатора, не следует считать независимым от резонатора; однако возбуждающее средство,
представляющее собой искру, проходящую между клеммами цепи, соединенной с резонатором и способной к
колебаниям в его отсутствие, следует считать независимым от резонатора.
Изобретение будет подробно описано в следующих разделах со ссылкой на прилагаемые чертежи.
I: Естественные колебания пластинчатого резонатора. Рисунки 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 15, 11, 12, 13, 14, 15, 16,
17, 18, 19, 20 поясняют результаты расчетов. На рисунках 1 и 8а показаны простые формы пластинчатых
резонаторов; а на рисунках 8b, c, d, e показаны различные формы пластинчатых резонаторов, большинство из
которых легко поддаются расчетам. 'IH Конструкции пластинчатых резонаторов.'
В строках 8f, 21, 22, 23, 24 представлены некоторые методы построения.
III. Значение диэлектрической постоянной.
Рисунки 33 и 34 поясняют обсуждаемую тему.
Ир'. Влияние демпфирования. Рисунки 35, 36, 37, 39 поясняют обсуждаемую тему.
V-: Возбуждение колебаний.
На рисунках 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 показаны различные варианты компоновки, подходящие для этой
цели.
VI. Настройка пластинчатого резонатора. На рисунке 38 показана одна из целей настройки; на рисунке 40 –
метод ее достижения.
VIT. Использование пластинчатого резонатора. На рисунках 41-46 показаны варианты расположения
диэлектрика, подходящие для изменения распределения поля. Figu.es.7, -iS. 49.
50, 51 Показать устройство, подходящее для применения пластинчатого резонатора по его основному
назначению.
I. Естественные колебания пластинчатого резонатора.
В некоторых простых случаях колебания пластинчатого резонатора можно рассчитать.
Будет разъяснен ход вычислений и значение некоторых используемых терминов. Следует отметить, что
существует тесная, но не полная аналогия между электрическими колебаниями пластинчатого резонатора и
акустическими колебаниями растянутой мембраны: напряженность электрического поля, перпендикулярного
поверхности в первом случае, соответствует смещению от положения покоя во втором.
Будет использоваться следующая запись: d = расстояние между параллельными пластинами, образующими
резонатор; t = радиус круглых пластин.
at, b = стороны прямоугольных пластин. fi C = емкость резонатора. i:
В третьем столбце 417,564 6 417,564 приведено значение σr, т.е. отношение частоты высших мод (тех, для
которых p или q конечны) к частоте основной моды p=q=σ. Зависимость Jr(x) от аргумента x показана на
рисунке 2 для некоторых меньших значений p.
Как и в акустической аналогии, различные режимы колебаний характеризуются различными конфигурациями
узловых поверхностей, то есть поверхностей, вдоль которых E=0. Это, конечно же, (I) цилиндры r=const, где r
имеет значение, для которого [ =0-) - -(4) J pq.vjand (2) плоскости.=const, где b имеет значение, для которого
cos (p)=0 - - - (5) Эти поверхности пересекают плоскости, параллельные пластинам резонатора, в узловых
линиях: эти узловые линии, а не узловые поверхности, будут рассмотрены далее.
Рисунок [: a, 1)b. c показывает E как функцию r по любому диаметру пластины для p=o и q'-o, 1, 2
соответственно. В основной частоте анода f-f p=q=o единственной узловой линией является край r=R. В более
высоких модах на поверхности появляются одна или несколько узловых линий, которые показаны на рисунке
4 a, b, c, соответствующих рисунку a, b, c. На этих рисунках (и на рисунках 11, 12, 13 ниже) F, обозначенная
пунктирной линией, — это ток; это максимум, где E — минимум, и наоборот. Эти круговые узловые линии
появляются благодаря (4).
Когда p конечно, радиальные узловые линии появляются благодаря (3). Эти значения показаны в правом
столбце рисунка 7 для приведенных в таблице значений p1 и q.
На рисунках 5 и 6 показано распределение заряда на поверхности пластины; узловая линия всегда разделяет
две области, в которых заряд имеет противоположный знак. Рисунок 5 соответствует p=2, q=3, рисунок 6 —
p=2, q=0. Последний рисунок составлен для того, чтобы показать, что радиальные узловые линии на самом
деле не распространяются полностью по всей пластине; точка r=0 избегается, а в ее окрестности линии имеют
гиперболическую форму.
На рисунке 9 представлена номограмма, показывающая зависимость между соответствующей длиной волны
X для различных узлов пластинчатого резонатора радиусом R. Для получения X проводится прямая линия
через соответствующее значение R на правой шкале и соответствующие значения p, q на центральной шкале;
точка пересечения этой линии с левой шкалой дает значение X.
Таким образом, для основной моды (p=q-o) резонатора с R = 10 см, X=26,92 см и c.o=1,14x10⁹ Герц. Для того
же резонатора в высшей моде p=2, q=0, X=12,2 см. Другое основное граничное условие
В акустической аналогии соответствует свободному краю. Оно определяется как ddEl0r=O, когда r=R- - - - -(6)
и физически означает, что edee. отфильтрован от всех проводников. Данное условие в отношении круглой
пластины обсуждаться далее не будет.
(б) Прямоугольная пластина.
Другой случай, поддающийся расчету, — это пара параллельных прямоугольных пластин со сторонами
длиной a и b. Декартовы координаты берутся с началом координат в углу и осью Z, перпендикулярной
пластине. При тех же предположениях и том же значении E уравнение, соответствующее (1), имеет вид E=A
sinl (C,)t-) U sin Epz sin 4 -- V sinra sin - - - - (7) b a где P1 qi P2 q_ — любые конечные целые числа,
удовлетворяющие условию bel2q')__a.ql=l, epo. C+2qo' - - - - (S) =)pq=v v a -(9) -,,\ / J) 0 4( 1 2 ' - o Сопряжения
линий ncudal зависят от значения via. Некоторые из них показаны на рисунках 11-16, которые не нуждаются в
дальнейшем объяснении ввиду того, что было сказано о рисунках 6. Значения p и q указаны над каждым
рисунком. Основной модой теперь является та, для которой p=q=1: это показано на рисунке 11; на других
рисунках показаны более высокие моды.
Влияние других значений vZ u показано на рисунке 17. Во всех конфигурациях в Fixr.re 17 p=-l, q=2; в 17a,
v;lu=0, в 17dv;U=l.in 17evu= o в 17b и 1,7c v/u1 является дробным.
Периоды и соответствующие длины волн различных форм колебаний можно получить из ()). Рисунок 10
представляет собой нолиограмму, соответствующую рисунку 9 для свиметрических мод, в которых r,t=0.
Правая шкала показывает: а) промежуточную линию, соответствующую каждому значению k=a; б) вдоль этих
промежуточных линий отмечены значения p и q. Здесь 417 564 — центральная рабочая линия, нарисованная
более толстым шрифтом.
Точка на линии, соответствующая заданному значению параметра, проецируется горизонтально на эту
центральную линию; прямая линия, проходящая через значение параметра на правой шкале и эту
спроецированную точку, пересекает левую шкалу в соответствующей точке X.
Таким образом, из проведенных двух линий видно, что при a=20 см, b=10 см, основная мода p=q=l дает X 10
=18 см; в то время как мода p=1, q= дает X=06,6 см.
Уравнение (7), как и уравнение (1), относится к защемленному краю, т.е. На границе E=0. Для свободного
края, когда вариация E, перпендикулярная краю, равна нулю везде на границе, соответствующее уравнение
имеет вид E=A,sin'(wt+ p) [Ucos P'os X YV cos ccosw ' - - - - (10) a --J(10 ! Где (8) и (9) остаются в силе.
На рисунках S18, 19, 20, соответствующих рисункам 11, 12, 13, показана конфигурация узловых линий при
v/U=0 для p=q=l, p=2, q=l, p=3, q=l. Основная мода o25 снова имеет вид p=q=1; важно отметить, что в этом
случае, когда край свободен, узловые линии находятся в центре, а не только на краю, даже в основной моде.
Таким образом, основная мода не всегда характеризуется отсутствием узловых линий на поверхности.
Идеально проводящие параллельные круглые и прямоугольные пластины — это единственные формы
пластинчатых резонаторов, собственные частоты которых легко рассчитать. Однако согласно изобретению
допускаются и другие варианты исполнения. Несколько других допустимых геометрических форм показаны на
рисунках S b, c, d, e.
II. КОНСТРУКЦИЯ ПЛАСТИНЧАТЫХ РЕЗОНАТОРОВ.
Пластины резонатора могут быть изготовлены из цельного металла. Предположение об идеальной
проводимости никогда не может быть абсолютно верным; но оно будет почти верным, если используются
медь, серебро или алюминий. Если требуется более низкая проводимость (по причине, которая будет
обсуждена далее), можно использовать железо или никель, или даже электролит, как показано на рисунке Sf.
Для некоторых целей желательно, чтобы пластины были прозрачными. Можно использовать тонкие пленки
золота, серебра и платины, нанесенные на стекло. Чем тоньше пленка, тем меньше поглощение света, но тем
больше электрическое сопротивление.
- В качестве основы для пластин также можно использовать проволочную сетку. На рисунке 21 показан один
из вариантов пластинчатого резонатора с использованием проволочной сетки. Сетка 7 зажата между
металлическими кольцами 5, 6 и винтами S. Для обеспечения хорошего контакта между проводами в местах
их пересечения провода в этих местах могут быть соединены, например, методом электролитического
осаждения. Замена сплошной пластины на марлю несколько изменяет собственные частоты. Это,
несомненно, происходит по причине, указанной на рисунке 22.
Ток может свободно течь только вдоль направлений, обозначенных I и II; если ему необходимо течь в
промежуточном направлении, он может следовать только зигзагообразной линии, как показано на рисунке III.
Следовательно, путь тока длиннее, чем был бы, если бы пластина была сплошной. Таким образом, как и
следовало ожидать, эффективный радиус R в (,3) больше фактического радиуса. Увеличение R не поддается
точному расчету, но обычно оно меньше, чем рассчитанное при условии, что 80:
Текущий ток следует по пути III и более точно совпадает с тем, что было рассчитано по формуле а.
путь, например, IV.
Резонатор из марлевых пластин может состоять из двух марлевых пластин (как показано на рисунке 2, пункт
а), или из марлевой пластины и сплошной пластины (как показано на рисунке b), или из одной марлевой
пластины в воздухе и другой в другой среде (как показано на рисунке c).
Поскольку колебания со «свободным» фронтом 90° могут быть сильно искажены рассеянными полями,
обычно предпочтительнее использовать колебания с «закрепленным» фронтом.
Метод «зажима», или введения емкости на краю, показан на рисунке 24. Здесь пластины 1, 2 резонатора с их
соединительными проводниками 4 (которые будут рассмотрены ниже) заключены в проводящий цилиндр 9,
который может быть изготовлен из металла или посеребренного стекла. Расстояние 1000 между кромкой и
цилиндром может составлять примерно R110. Для фиксации положения узловых диаметров к цилиндру в
одной точке между пластинами можно прикрепить металлический блок 10; 105 он не должен выступать
настолько внутрь, чтобы перерезать линию, соединяющую края. В этом случае диаметр узла будет
заканчиваться в окрестности блока или, по крайней мере, будет отклонен на своем конце в сторону этой
окрестности. Использование нескольких блоков такого типа позволяет изменять конфигурацию узловых
линий: окружности могут быть искажены и превращены в эллипсы и так далее.
Блок может быть прикреплен к краю 115 пластины, а не к цилиндру.
Если по краям пластины вдоль радиусов закрепить стержни с регулярно увеличивающейся длиной, можно
получить конфигурации со спиральными узловыми линиями. 120 III. ВЛИЯНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
КОНСТАНТЫ.
Если среда между параллельными пластинами 8 1756 однородна, то c входит только путем определения v в
уравнении (3), а d не оказывает влияния на X до тех пор, пока выполняются указанные выше предположения.
Но если среда между параллельными пластинами состоит из -A 1 слоев, каждый толщиной d0 и
диэлектрической постоянной cn (n=0 до N), то результирующая диэлектрическая постоянная c,,s,
определяющая v, задается формулой i = z c l - -.- - следовательно, d частично определяет o, T и A.
Предположим, что у нас есть устройство, подобное показанному на рисунке 4, состоящее из двух круглых
металлических пластин радиусом R, 11, 113, между которыми находится желоб с боковыми пластинами 114,
115, примыкающими к кольцу 116 и заполненными жидкостью 111. Толщина плоского слоя жидкости равна
d11, а его диэлектрическая постоянная равна s1. Общая толщина боковых пластин равна d0, а
диэлектрическая постоянная их материала (например, стекла) равна 1. Расстояние между пластинами равно
d, так что третий слой, воздух с диэлектрической постоянной 1, имеет меньшую толщину s-d--d,. s-,. для
данной комбинации может быть рассчитано из (11) и может быть изменено путем изменения di, а также путем
изменения состава и/или температуры жидкости.
Изменение E, ... и, следовательно, X с помощью cd полезно для настройки резонатора на заданную частоту.
Для этой цели можно использовать номограмму, показанную на рисунке 33. Шкала правой руки дает R.
Промежуточные линии, каждая из которых соответствует режиму колебаний J = (x), имеют шкалы.
Шкала левой руки дает ?.. Чтобы определить значение dc, соответствующее заданному X, мы соединяем этот
X с соответствующим R прямой линией: из точки, где эта линия пересекает толстую центральную линию (не
соответствующую никакому J(x)), мы проведем горизонтальную линию: она пересекает соответствующую
линию для jl(.-) в правильном значении .re3.
Таким образом, линия, обозначенная 11 atI, показывает, что для возбуждения колебаний при w, для которого
?,=t0 см.. в круглых пластинах радиусом S.10. см.. мода, соответствующая Jo (Xo), s.,. должна быть
приблизительно:. Если:1,. l,. (1s. 2 фиксированы, мы можем построить кривую из (11), связывающую sE.. и d,.
и, следовательно, определить соответствующее значение ci. (Линии, отмеченные li, anid.st на рисунке,
соответствуют другим значениям I) и.).
Я-. ВЛИЯНИЕ DAI) 'xING.
В расчетах, представленных в разделе, предполагалось, что система является нециссипационной.
Фактически существует три основных источника рассеяния: (1) омическая проводимость диэлектрика,
разделяющего пластины; (2) вязкость, противодействующая ориентации диполей в диэлектрике (это
обсуждается в находящейся на рассмотрении заявке 32,555/32, серийный номер 417,501); (3) удельное
сопротивление материала пластин. В силу диссипации колебания пластинчатого резонатора будут
затухающими и будут характеризоваться коэффициентом затухания K, определяемым (как обычно)
утверждением, что за один период амплитуда колебаний:
уменьшается в соотношении 1:-2. 7 Мы можем записать K=a (KIK)K3 - - - - (12), где K1, KO, Ki зависят от
омического.
проводимость диэлектрика, его вязкость и удельное сопротивление пластин. Величина 8(а) введена потому,
что физическая природа K1, Ko отличается от природы K3. Было бы возможно рассчитать K, K2, K, a,
используя эти свойства, а также R и dc. Но 85 такой расчет не принесет пользы.
Однако общее влияние этих источников рассеивания можно оценить с помощью рисунков 35 и 56. Если
предположить, что диссипация, представленная K, сосредоточена в диэлектрике c на рисунке 4, то среда
между пластинами эквивалентна сети на рисунке 5, где конденсатор C3 представляет собой недиссипативную
часть среды, а конденсатор C1 зашунтирован омическим сопротивлением R, представляющим диссипативную
часть. Эта схема, посредством известного преобразования, эквивалентна схеме на рисунке 26,
представляющей собой простой конденсатор C, зашунтированный резистором Rr. Cres. и r,,.. являются
функциями KE, K.. К3, а.
Наличие эквивалентной схемы, показанной на рисунке 36 и соединяющей пластины резонатора, приводит к
двум эффектам, известным из общей теории колебаний. Во-первых, это расширяет единственную
резонансную частоту в резонансную полосу, так что резонатор может возбуждаться не только частотой,
равной его собственной частоте, но и частотой, несколько отличающейся от неё. Этот эффект показан на
рисунке 17, где по оси ординат отложена амплитуда колебаний, возбуждаемых в резонаторе частотами,
соответствующими 115 по оси абсцисс. Показаны две кривые: одна для большего значения эквивалентного
коэффициента демпфирования K, другая для меньшего. Широкая полоса резонанса, создаваемая
демпфированием, конечно же, может быть использована для того, чтобы избежать искажений, связанных с
точным демпфированием.
Второй эффект — это смещение собственной частоты. Это может быть представлено эффективной
иелической константой, определяющей r, и, таким образом, (, al(nd., в 29 (:') и (9). a,. будет функцией d1, а
также Kl. K. I3, a. z1. Когда мощность лампы высока, dcl'p.ends мало влияет на %l. В этом случае на рисунке 9
показано значение d, соответствующее a, равное 417,564 -1,6 -, когда dl, слой диэлектрика, в котором, как
предполагается, сосредоточено все рассеяние, имеет значение, отмеченное на кривых.
Следует отметить, что если пластинчатый осциллятор возбуждается путем приложения к нему
соответствующего напряжения EP=E0 cos cc)pt, Aq в уравнениях (1) и (7), которое измеряет i0, то амплитуда
результирующих колебаний будет определяться Anq=Eo. - - - - (13) Этот результат, конечно, является
общеизвестным в общей теории колебаний.
V. ВОЗБУЖДЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ.
Пластинчатый резонатор может возбуждаться любым высокочастотным генератором, например, ламповым
генератором, который можно точно настроить на собственные частоты резонатора. Поскольку затухание
резонатора обычно невелико, связь между генератором и резонатором должна быть слабой.
Соответствующие средства соединения показаны на рисунке 25.
Здесь параллельные проводники 45, 46 питаются от лампового генератора 54. Они несут небольшие сферы
47, 48. Напротив этих сфер расположены аналогичные небольшие сферы 49, 50 на концах коротких
проводников, закрепленных на задней стороне пластин резонатора 51, 52.
Соединение обеспечивается за счет взаимодействия сфер 47, 48, с одной стороны, и сфер 49, 50, с другой.
Конденсатор 53, соединяющий концы параллельных проводников, расположен таким образом, что 47 и 48
лежат в контуре напряжения или пучности, как показано пунктирными линиями. Конечно, если требуется
возбуждение меньше максимального значения, они могут располагаться в другом месте, а не в петле.
Сферы 49, 50 не обязательно должны быть закреплены в центрах пластин, как показано на рисунке 25; они
могут быть эксцентричными, как показано на рисунке 26. Параллельные проводники 65, 66 заканчиваются
проводящим мостом 73. Проводники снова перемещают сферы 63, 64 напротив сфер 61, 62 на пластинах 59,
60.
Если требуется более тесная связь, чем та, которая обеспечивается соседними сферами, поскольку
пластинчатый резонатор обладает высоким демпфированием, можно использовать один из методов,
показанных на рисунках 27, 28, 29. На рисунке 27 соединительные элементы 55, 56 представляют собой
сферу на пластине, окруженную кольцом, питаемым от генератора; на рисунке 28 соединительные элементы
57, 58 представляют собой противоположные пластины, а не противоположные сферы; на рисунке 29
пластины 89, 90 плотно прилегают к пластинам резонатора 87, 88 и металлически соединены с генератором
выводами 85, 86.
При этом последнем методе точку соединения можно легко перемещать по поверхности пластин.
На рисунках 30, 31, 32 показан метод возбуждения колебаний с помощью «закрепленного» 65-градусного
края. На рисунке 30 круглые пластины 94, 95 заключены в цилиндр 92; боковая трубка 91, выполняющая
функцию одного из выводов (соответствующих 45, 46 на рисунке 25), соединена с 92 и несет небольшой шар
диаметром 70 напротив края 95; вывод 93, концентричный с 91, несет небольшой шар напротив края 94. На
рисунке 31 связь является индуктивной; между пластинами проходит петля 96 с выводами 97, 98. 75 На
рисунке 32 показана схема, подходящая для использования с пластинчатыми резонаторами большего
размера. Провода представляют собой трубку 99, разветвляющуюся на две ветви 100, 101, и
концентрическую проволоку; их настройка осуществляется с помощью отражательных мостиков 102, 103. 80.
Пластины соединены с проводом посредством выводов 104, 105, заканчивающихся...
маленькие сферы. Часть 108, напоминающая тромбон, позволяет регулировать длину проводников и, таким
образом, располагать петлю поля 85 вдоль проводников напротив точек 104, 105 для различных частот. В
качестве альтернативы, если частота постоянна, 104, 105 можно расположить так, чтобы они совпадали с
точками между петлей и узлом, и 90 таким образом изменять силу возбуждения.
VI. НАСТРОЙКА ПЛАСТИНЧАТОГО РЕЗОНАТОРА.
Как было указано выше, одним из главных применений пластинчатого резонатора является изменение
свойств дипольных веществ 95 путем воздействия электромагнитного поля квазиоптической частоты. В таких
веществах диэлектрическая постоянная изменяется в зависимости от X примерно так, как показано на рисунке
38. Между длинами волн 7,1 и ? происходит быстрое изменение примерно на 100.
2;
В этом регионе находится характерный период или частота вещества, которая должна совпадать с периодом
или частотой поля, если необходимо получить желаемые эффекты. Поэтому важно настроить резонатор на
этот период или частоту.
Для этой цели может быть использовано изменение оптического двойного преломления динолярного
вещества при воздействии поля квазиоптической частоты.
Устройство, пригодное для этой цели, показано на рисунке 40. Пластины 120, 121 резонатора соединены
проводниками 122, 123 с параллельными проводниками 124, 125, питаемыми от генератора ламп 126 и
настраиваемыми мостом 127; или же он может возбуждаться другими способами, описанными выше.
Расстояние между пластинами 120 можно точно отрегулировать способами, не показанными на рисунке.
Между пластинами находится желоб 128, содержащий дипольное вещество, температуру которого можно
изменять с помощью нагревательных элементов 129, заключенных внутри пластин 125, и желоба в корпусе
130, который служит экраном. Пластины должны быть частично прозрачными, поэтому они могут
представлять собой тонкие пленки на стекле или проволочной сетке, 417,564 417,564, как описано выше.
Оптические элементы включают источник 137, конденсирующие линзы 131a, 131b, 132a, 132b,
отрегулированные таким образом, чтобы луч сходился через поляризатор 133, проходил в виде
параллельного луча через пластины и желоб, расходился через анализатор 134 и, наконец, достигал
наблюдательного экрана 138. 135, 136 представляют собой четвертьволновые слюдяные пластины для
получения циркулярно поляризованного света; они могут присутствовать или отсутствовать. Вместо
показанного источника накаливания 137 целесообразно использовать источник ультрафиолетового
излучения, например, ртутную лампу, поскольку изменение двойного преломления обычно наиболее
выражено в ультрафиолетовом диапазоне. В этом случае стекло в оптическом тракте необходимо заменить
кварцем; при 138 можно использовать флуоресцентный экран из матового уранового стекла.
Если в отсутствие четвертьволновых пластин поляризатор и анализатор установить в режим гашения, а затем
приложить к пластинам 120, 121 поле квазиоптической частоты, на экране 138 появится рисунок,
определяемый конфигурацией узловых линий. Двойное преломление зависит от напряженности поля; оно
будет меньше вдоль узловых линий, чем в других местах. Исходя из наблюдаемой картины, можно
определить режим колебаний и, следовательно, частоту. Если пластины 135, 136 используются с лампой
накаливания 137, то рисунок будет отображаться в цвете.
При модуляции частоты генератора появляются комбинационные частоты, которые создают на экране
различные, чрезвычайно сложные узловые конфигурации, которые можно наблюдать визуально или с
помощью фотоэлектрических элементов, а следовательно, и на слух.
VII. Использование пластинчатого резонатора.
Для того чтобы пластинчатый резонатор мог использоваться для целей, упомянутых в начале предыдущего
раздела, вещество, энергетическое содержание которого необходимо изменить, должно быть помещено
между пластинами. Если это жидкость, она будет содержаться в желобе. Существуют определенные
преимущества, которые будут отмечены далее, в том, чтобы придать желобу линзовидную форму, как
показано на рисунках 41-46. На всех этих рисунках предполагается, что вещество, на которое должно быть
совершено действие, находится в центральной параллельной боковой части (144 на рисунке 41; отмечено на
рисунках 43, 45). Линзообразные части (142, 143 на рисунке 41, обозначенные цифрой 1 на рисунках 43, 45)
изготовлены из стекла или заполнены жидкостью с высокой диэлектрической постоянной. 140, 141 (и
аналогичные части на других рисунках) представляют собой пластины резонатора.
Во-первых, линзообразный желоб, если он эквивалентен конденсирующей линзе, может использоваться для
замены линз 132a, b на рисунке 40.
Но, что еще важнее, это можно использовать для влияния на распределение поля.
Из (1) следует, что если /C, 1 так что 92' vy., E не зависит от r, и поле 70 однородно вдоль любого радиуса.
Если s отождествляется с ar. в (11), этот результат можно получить, придав подходящую форму границе
между средой с более высокой диэлектрической постоянной 75 и средой с более низкой диэлектрической
постоянной z0; такая граница показана на рисунке 42, где 145, 146 — пластины резонатора, расстояние между
которыми равно d; d' — толщина среды s2 в любой точке r. Поскольку граница 80 выходит за пределы пластин
на расстоянии m, rt, эта граница непрактична; однако приближение к ней, как показано на рисунке 43, сделает
поле практически независимым от r. В качестве альтернативы, если линза 85 имеет двояковогнутую форму,
как показано на рисунке 44, поле зрения концентрируется в центре пластин. Другие системы линз,
оказывающие эффекты, аналогичные эффектам, показанным на рисунках 43 и 44, представлены на рисунках
45 и 90, 46. Здесь линзы не образуют боковые стенки желоба, а прикреплены к пластинам.
На рисунках 47 и 48 показаны два ракурса под прямым углом аппарата, подходящего для воздействия на
дипольную жидкость поля пластинчатого резонатора.
Двустенный цилиндрический корпус 201, 202 закрыт с обоих концов изоляционными пластинами 203, 204. Он
содержит две пластины 205, 206, установленные на изолирующих стержнях, скользящих во втулках 207, 208,
опирающихся на пластины 203, 204; расстояние между ними может регулироваться с помощью
микрометрических винтов 209, 210. Энергия подается на пластины j05 через разветвленные проводники 211,
212, концы которых соединены с пластинами, как показано на рисунках 213, 214. - Между пластинами
поддерживается желоб 215 с помощью регулируемых изоляционных опор 216, скользящих в втулках 217.
Внутри корпуса расположены электрические нагревательные элементы 218 для регулирования его
температуры.
Когда вещество необходимо быстро охладить, для его «замораживания» (как описано в заявке № 32555/32
(серийный номер 417501)) через трубы 220, 221 и 222, заканчивающиеся форсунками, впрыскивается
жидкость с низкой температурой кипения в виде аэрозоля; через трубы 220, 224, 225 впрыскивается воздух
для ускорения испарения. Воздух и пар отводятся по трубе 227. 226 — это дверь со смотровым окном.
Постоянное высокое напряжение (для целей, описанных в заявке № 32.5o5 132, (серийный номер)).
Соседние файлы в папке патенты