103. Объясните принцип работы объемных резонаторов на линиях передачи.

Согласно уравнениям Максвелла, переменное электрическое поле является источником переменного магнитного поля, а переменное магнитное поле, в свою очередь, возбуждает переменное электрическое поле, и т.д., т.е. обмен энерги­ей между электрическим и магнитным полями происходит непре­рывно в любой области пространства. Если каким-либо образом устранить излучение электромагнитных волн из некоторой области пространства и добиться отсутствия тепловых потерь, то обмен энергиями должен протекать сколь угодно долго. Это означает, что в изолированном от внешнего пространства объеме, заполненном средой без потерь, может существовать, как и в обычном резо­нансном контуре без потерь, незатухающий колебательный процесс. Подобные резонансные системы получили название объемных резонаторов.

В резонаторе происходит накопление энергии и колебательный процесс, в результате которого электрическая энергия преобразуется в магнитную и обратно. Однако в отличие от обычного контура в резонаторе часто трудно выделить области, в которых сосредотачивалось бы лишь электрическое или только магнитное поле, что характеризует резонатор как цепь с распределенными параметрами. Кроме того, резонатор обладает не одной, а множеством резонансных частот, каждой из которых соответствует определенный вид колебаний, отличающийся структурой электромагнитного поля в резонаторе. При достаточно большом разделении по частоте между видами колебаний свойства резонатора вблизи резонансной частоты аналогичны свойствам колебательного контура. Объемные резонаторы широко используются в приборах СВЧ, а также в схемах СВЧ в качестве фильтров, частотомеров и т.п.

104. Опишите особенности колебаний типа Т_р в объемных резонаторах.

П ри отражении от открытого конца линии (ХХ) коэффициент отражения для поперечной составляющей электрического поля E^ равен R=+1

105. Каких колебаний не существует в объемных резонаторах и почему?

Для волн обязательно существуют поперечные составляющие электрического поля, т.к. у этих волн вектор электрического поля лежит в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. При p = 0, , что противоречит данному условию и поэтому не существуют в объемных резонаторах.

106. Нарисуйте картину силовых линий поля колебания Н₁₀₁ прямоугольного объемного резонатора.

107. Нарисуйте картину силовых линий поля колебания H₁₀₂ прямоугольного объемного резонатора.

Картина силовых линий поля колебания H₁₀₂ прямоугольного объемного резонатора:

108. Нарисуйте картину силовых линий поля колебания Е₁₁₁ прямоугольного объемного резонатора.

Пунктир – Н

Сплошные линии – Е.

109. Нарисуйте картину силовых линий поля колебания Е₁₁₀ прямоугольного объемного резонатора.

Картина силовых линий поля колебания Е₁₁₀ прямоугольного объемного резонатора:

110. Каков физический смысл индексов m, n и p колебаний H_mnp и E_mnp в объемных резонаторах? Приведите примеры. Проиллюстрируйте их.

m , n, p – индексы, соответствующие числу полуволн, укладывающихся вдоль соответствующих стенок резонатора.

• индекс m – число стоячих полуволн внутри объемного резонатора вдоль поперечной координаты (x)

• индекс n – число стоячих полуволн внутри объемного резонатора вдоль продольной координаты (y)

• индекс p – число стоячих полуволн внутри объемного резонатора вдоль продольной координаты (z)

111. Нарисуйте картину силовых линий поля колебания Н₁₁₁ цилиндрического объемного резонатора.

Картина силовых линий поля колебания Н₁₁₁ цилиндрического объемного резонатора:

112. Нарисуйте картину силовых линий поля колебания Н₀₁₁ цилиндрического объемного резонатора.

1 13. Нарисуйте картину силовых линий поля колебания Е₀₁₀ цилиндрического объемного резонатора.

1 14. Нарисуйте картину силовых линий поля колебания Т₁ коаксиального объемного резонатора.

115. Нарисуйте картину силовых линий поля колебания Т₂ коаксиального объемного резонатора.

Колебание типа Т₂

Н- вектор напряженности маг. поля

Е- вектор напряженности эл. поля

116. Нарисуйте полосковый резонатор с обозначением размеров. Приведите примеры использования.

Используются в фильтрах.

Полосовой полосковый фильтр:

Частоты, соответствующие длине волны фильтр пропускает, а частоты, соответствующие длине волны - нет.

117. Опишите эволюцию колебательных систем с ростом частоты. Что такое квазистационарный резонатор? Чем он отличается от объемного резонатора и колебательного контура на элементах с сосредоточенными параметрами?

В радиотехнических устройствах, работающих на умеренно высоких частотах используются колебательные контуры. С ростом частоты этот контур сводится к катушке из одного витка и конденсатора из 2 пластин. Из-за этого уменьшается добротность контура. Для повышения добротности прибегают к замене индуктивного витка на сплошную металлическую поверхность.

Объемный резонатор – электромагнитная колебательная система, представляющая собой полностью или частично замкнутый объем с проводящими стенками.

Характерным признаком квазистационарного резонатора яв­ляется весьма четко выраженное пространственное разделение Э и М полей у колебания с наименьшей резонансной частотой, т.е. энергия Э и М полей концентрируется преимущественно в различных частях объема резонатора.

Это позволяет рассматривать квазиста­ционарные резонаторы, в которых возбуждается колебание с низшей резонансной частотой, как обычные колебательные кон­туры с сосредоточенными постоянными, причем те части объема, где концентрируется энергия электрического и магнитного полей, эквивалентны соответственно емкостному и индуктивному элемен­там контура.