10. Круглые объемные резонаторы

Рассмотрим цилиндрический объем, изображенный на рисунке Рисунок 62 , представляющий собой отрезок круглой металлической трубы радиуса , ограниченный с двух сторон проводящими торцевыми поверхностями. Данная система носит название круглого объемного резонатора. Поставим задачу нахождения всей совокупности резонансных частот данного резонатора.

62. −Круглый объемный резонатор

Внутри бесконечного круглого волновода могут распространяться волны типа и. Длина волны в волноводесвязана с длиной волны в свободном пространствепри помощи дисперсионного уравнения

независимо от типа волны. Критические длины волн вычисляются следующим образом:

,.

Если теперь воспользоваться известным условием резонанса

,

то из дисперсионного уравнения вытекают формулы, определяющие резонансные длины волн для любого типа колебаний в круглом резонаторе:

,

Вопрос о том, имеет ли физический смысл значение, решается таким же образом, как и в случае прямоугольного объемного резонатора. В частности, колебания Е-типа с индексомвозможны. Примером здесь может служить часто используемое на практике колебание типа, структура поля которого изображена на рисунке Рисунок 63 .

63. −Структура электромагнитного поля колебания типа

Важным свойством его служит независимость резонансной длины волны от осевого размера , что непосредственно вытекает из структуры поля. Это же подтверждается расчетом по формуле резонансной длины волны:

Итак, данная система резонирует на длине волны, которая является критической для порождающего волноводного типа колебаний . Физически это означает, что стоячие волны в рассматриваемом резонаторе устанавливаются не по оси, а по радиальной координате.

Так же, как и в прямоугольном резонаторе, колебания типа в круглом резонаторе существовать не могут.

11. Некоторые способы возбуждения и включения объемных резонаторов

На практике объемный резонатор всегда должен быть тем или иным образом связан с внешними устройствами. Принято говорить, что при этом осуществляется процесс возбуждения объемного резонатора. Среди большого числа различных способов возбуждения выделим два, чаще всего применяемых в технике СВЧ.

Возбуждение при помощи штыря. При данном способе возбуждения небольшая штыревая антенна вводится внутрь объемного резонатора. Такой антенной может служить, например, отрезок внутреннего проводника коаксиального кабеля. Для эффективного возбуждения резонатора необходимо, зная структуру поля возбуждаемого типа колебаний, расположить штырь параллельно силовым линиям электрического вектора. Подобное расположение позволяет максимизировать скалярное произведение . В соответствии с теоремой Пойнтинга поток мощности от источника внутрь резонатора будет наибольшим.

64. −Экспериментальный прямоугольный резонатор с возбуждением при помощи штыря

65. −Установка для измерения резонансных частот

На рисунке Рисунок 64 показан сам изготовленный экспериментальный резонатор с размерами 175 х 80 х 8 мм. Возбуждение резонатора в данном случае производится при помощи штырей. На фотографии видны коаксиальные разъемы, предназначенные для подключения внешней линии. Внутри резонатора каждый из этих разъемов оканчивается штырем, с помощью которого производится подача электромагнитной энергии в полость резонатора.

На фотографии Рисунок 65 приведена экспериментальная установка, предназначенная для определения резонансных частот данного объемного резонатора. Измерительный прибор AgilentЕ8363 предназначен для измерения коэффициента отражения от резонатора: на экране прибора изображается частотная характеристика резонатора, на которой хорошо видны резонансы.

Возбуждение при помощи щели. Так же, как и в волноводе, узкая щель, прорезанная в стенке резонатора, является излучающей, если она перерезает линии поверхностного тока. Этот принцип позволяет возбуждать резонатор при помощи щели, как показано на рисунке Рисунок 66 , применительно к колебанию типа в круглом резонаторе.

66. −Возбуждение колебания типа в круглом резонаторе при помощи щели

Следует сказать, что такие вопросы теории возбуждения, как нахождение элементов эквивалентной схемы или учет влияния возбуждающих устройств на значение резонансной частоты, математически весьма сложны и здесь не рассматриваются.

Выделим два характерных способа включения объемных резонаторов. При первом так называемом адсорбционном способе (рисунок Рисунок 67 ), на резонансной частоте происходит интенсивный отбор мощности из основной линии передачи. Как следствие, в частотной характеристике коэффициента передачи между плечами 1 и 2 наблюдается более или менее выраженный провал.

67. −Способы включения объемного резонатора в линию передачи

При втором так называемом проходном способе включения резонатор имеет два возбуждающих устройства и используется как четырехполюсник. Частотная характеристика системы имеет максимум на резонансной частоте используемого типа колебаний.