21. Объемный резонатор: устройство, разновидности, применения. Сравнение с колебательным контуром. Включение в тракт, связь с внешними цепями.
Объемный резонатор – устройство, основанное на явлении резонанса, в котором вследствие граничных условий возможно существование на определенных длинах волн добротных колебаний в виде бегущей или стоячих волн. F0=1/2*pi*sqrt(L*C)
Разновидности:
- Коаксиальный – отрезок линии, замкнутый с обоих концов проводящими пластинками.
Резонатор в виде отрезка коаксиальной линии, нагруженной на емкость. Для уменьшения геометрической длины коаксиального резонатора, что особенно важно на волнах, длиной порядка 1 м и более. Между центральным проводником коаксиальной линии резонатора, и одной короткозамыкающей пластиной оставляют зазор. Ширины зазора выбирается значительно меньше длины волны, что обеспечивает повышенную концентрацию электрического поля в зазоре, то есть, зазор эквивалентен конденсатору, подключенному к линии.
- Прямоугольный – отрезок прямоугольного волновода, замкнутый с обоих концов проводящими пластинами.
- Цилиндрический – отрезок круглого волновода, замкнутый с обоих концов проводящими пластинами.
- Полосковый – отрезок полосковой линии, на обоих концах которого осуществлен режим холостого хода.
Объемный резонатор широко применяется в технике в качестве колебательных генераторов, фильтров, эталонов частоты, измерительных контуров, а так же – в различных устройствах для исследования твердых, жидких и газообразных веществ.
Длина объемного резонатора = целому числу полуволн колебания, распространяющегося в линии.
L=p(λ/2), p =1,2….
Одним из основных отличий объемного резонатора от колебательного контура с сосредоточенными параметрами является его многомодовость. Объясняется это тем, что в резонаторе, как и в волноводе, могут возбуждаться продольные магнитные Hmnp и продольные электрические Emnp типы колебаний(моды). Но в отличие от волноводов, кроме вариаций полей по поперечным координатам( ϕ и r) имеются вариации и по оси z, совпадающей с осью цилиндра. Каждый тип колебания характеризуется собственной структурой поля и собственной резонансной частотой f0. Под структурой понимают распределение и форму электрических и магнитных линий в резонаторе в фиксированный момент времени.
Добро́тность — свойство колебательной системы, определяющее полосу резонанса и показывающее, во сколько раз запасы энергии в системе больше, чем потери энергии за один период колебаний. (чем выше, тем лучше качество о.р.)
Добротность обратно пропорциональна скорости затухания собственных колебаний в системе. То есть, чем выше добротность колебательной системы, тем меньше потери энергии за каждый период и тем медленнее затухают колебания.
О. р. широко применяются в технике в качестве колебательных систем генераторов (клистронов,магнетронов и др.), фильтров, эталонов частоты, измерительных контуров, а также различных устройств для исследования твердых, жидких и газообразных веществ. О. р. применимы для частот 109—1011гц. Для более высоких частот длина волны возбуждаемых в О. р. колебаний становится сравнимой с размерами неизбежных шероховатостей и отверстий в стенках О. р., что приводит к рассеянию электромагнитной энергии. Эта недостатки устраняются в открытых резонаторах, представляющих собой систему зеркал.
Связь с внешними цепями осуществляется через отверстия с помощью петлей и штырей.