7.3. Принципи побудови полів у резонаторах хвилеводного типу
Коли
порівняти структуру полів у хвилеводах
і об’ємних резонаторах, то можна зробити
висновок, що структури полів у хвилеводних
резонаторах можуть бути побудовані із
структури полів відповідних хвиль у
хвилеводі шляхом зміщення електричних
силових ліній на чверть довжини хвилі
у хвилеводі у бік додатних значень «
»,
тобто до поєднання з силовими лініями
струмів зміщення.
Магнітні силові лінії залишаються замкненими навколо силових ліній струмів зміщення.
При
побудові полів у резонаторах необхідно
стежити за використанням граничних
умов на торцевих стінках резонатора.
Це означає, що торцеві стінки резонатора
установлюють там, де немає тангенціальної
складової електричного поля (
)
і нема нормальної складової магнітного
поля. (
).
Структура
хвилі
в прямокутному резонаторі (рис. 7.4).
Картина
поля коливань типу
аналогічна полю хвиль
,
тільки вздовж резонатора укладається
не одна , а «
»
півхвильових структур чарунок поля.
Причому в сусідніх чарунках силові
лінії протифазні.
Наприклад
для
структура поля хвилі
має наступний вигляд (рис. 7.5).
Рис. 7.4
Рис. 7.5
7.4. Власні довжини хвиль резонаторів
Для хвилеводних резонаторів згідно з виразом (7.6)
Звідси виходить
.
Розв’язавши
цей вираз відносно
,
отримаємо
|
(7.8) |
Тоді
Звідси
бачимо, що при фіксованих «
»
і «
»
кожній резонансній частині спектра «
»
відповідає своя
,
отже і своя структура поля, яка відповідає
хвилям «Е» або «Н» у хвилеводах. Тому у
виразі (7.7) частота є однією з частот
дискретного спектра.
Оскільки у реальному резонаторі є втрати, то для підтримки коливань потрібно поповнювати його енергію від генератора (рис. 7.6).
Рис. 7.6
Коли
повільно змінювати «
»
за умови
,
То кожний раз резонансним буде вид коливань, для якого власна частота резонатора дорівнює частоті генератора (рис. 7.7).
Рис. 7.7
При фіксованій частоті генератора можна отримати такі ж характеристики, коли змінювати довжину резонатора « » (рис. 7.8).
Рис. 7.7
Резонансна довжина резонатора дорівнює цілому числу півхвиль, тобто
Резонансна
довжина хвилі резонатора розраховується
згідно з (7.8) з урахуванням «
».
Можна привести декілька прикладів.
а) Для резонатора прямокутного перерізу
Тоді
б) Для резонатора кругового перерізу :
Для
хвиль
.
Тоді
;
Для
хвиль
.
Тоді
.
в) Для
коаксіального резонатора для хвилі
типу «
»,
(рис.7.9).
.
Тоді
;
Рис. 7.9
7.5. Способи перестроювання та підстроювання резонаторів
Будова зв’язку резонатора з генератором та навантаженням така ж сама, що і в хвилеводі: штир, петля, щілина (отвір зв’язку), а також збудження коливань електричним током змінної густини.
Величина зв’язку регулюється глибиною занурення штиря або поворотом площини петлі.
Інтенсивність коливань в резонаторі тим більша, чим ближче частота генератора до однієї з власних частот резонатора.
Настройка резонатора в резонанс із частотою генератора здійснюється через зміну об’єму резонатора. Наприклад, за допомогою поршня. А перестройка у невеликих межах – деформацією резонатора або загвинчуванням металевих пробок – плунжерів.
Плунжер, який загвинчений у область, де є електричне поле, еквівалентний підключенню ємності, оскільки на ньому концентруються заряди. При цьому еквівалентна ємність збільшується.
Плунжер, який загвинчений у область, де є магнітне поле, еквівалентний паралельному підключенню індуктивності, бо він концентрує магнітні силові лінії. При цьому еквівалентна індуктивність зменшується.
Тому
змінюється.
Отвір, який прорізний в області де є електричне поле, зменшує еквівалентну ємність, а прорізаний, де є магнітне поле – збільшує еквівалентну індуктивність.