3. Основные типы полых резонаторов
На СВЧ величины малые величины емкости и индуктивности могут создавать значительные индуктивные сопротивления и очень малые емкостные. Известно, что частота колебательного контура описывается формулой Томсона:
f = [2(LC)1/2]-1.
В качестве колебательных контуров СВЧ используют объемные резонаторы. При этом на СВЧ используют так называемые закрытые и открытые резонаторы. Наиболее распространены коаксиальный, прямоугольный, цилиндрический и полосковые резонаторы. Объемные резонаторы характеризуются тремя основными параметрами: собственной резонансной частотой fo, добротностью Q и полным сопротивлением при резонансе Rо.
Закрытые резонаторы ограничены по всем трем координатам проводящими поверхностями. Еще одно их название - полые (объемные). Их размеры могут быть по всем трем направлениям соизмеримы с длиной волны. Основное отличие полого резонатора от волновода, работающего в режиме бегущей волны, заключается в характере граничных условий. Электромагнитное поле, создаваемое внутри резонатора, ограничено со всех сторон металлическими стенками. В то же время, волновод, коаксиал или микрополосок всегда открыты в одном или нескольких направлениях. В открытых резонаторах, как правило, в одном направлении резонатор не имеет металлических стенок. В результате интерференции при многократных отражениях волн от стенок полого резонатора и последующей интерференции в полом резонаторе устанавливается стоячая волна.
В открытых резонаторах, обычно используемых только в миллиметровом диапазоне частот, стоячая волна возникает в результате интерференции падающей и отраженной волн от двух проводящих поверхностей (зеркал), имеющих вогнутую (фокусирующую) форму.
Современные типы полых резонаторов можно разделить на следующие основные группы:
резонаторы, образованные из отрезков коаксиальных линий, возбуждаемых на волне типа ТЕМ;
резонаторы, которые можно рассматривать как отрезки однородных волноводов, например, волноводов прямоугольного и круглого сечения;
резонаторы квазистационарного типа, имеющие явно выраженные емкость и индуктивность.
Происхождение резонатора можно проиллюстрировать как дальнейшее расширение понятия параллельного контура, если использовать только один виток. Иллюстрацию к этому см. на рис.1.
Характеристики объемных резонаторов
Объемные резонаторы характеризуются тремя основными параметрами: собственной резонансной частотой fo, добротностью Q и полным сопротивлением при резонансе Rо.
Обычно различают два вида добротности – собственная добротность резонатора и нагруженная добротность резонатора. Собственная добротность определяется потерями в самом резонаторе, а нагруженная добротность зависит еще и от потерь во внешних цепях, подключенных к резонатору через элементы связи. При слабой связи резонатора с внешней цепью значение нагруженной добротности близко к собственной добротности резонатора. При выборе того или иного метода для измерения параметров резонатора, решающую роль играют величина добротности и степень связи с внешней цепью. Возможный метод измерения зависит также от количества элементов связи резонатора с внешней цепью. Для резонаторов, имеющих один элемент связи (один вход) (рис. 4а), измерение параметров резонатора аналогично измерению параметров двухполюсников на измерительной линии.
Резонаторы с двумя элементами связи (рис. 4б) можно включать в измерительный тракт, как проходные элементы, применяя методы исследования четырехполюсников.