24.Объемные резонаторы

Колебательная система сверхвысоких частот, состоящая из сосредоточенных индуктивности и ёмкости; представляет собой объём, заполненный диэлектриком (в большинстве случаев воздухом) и ограниченный проводящей поверхностью либо пространством с иными электрическими и магнитными свойствами.

Имеет резонансную частоту ω_0=1/√LC

Энергия эл.-м. поля, запасённая в такой системе, мала. Вместе с увеличением частоты ω_0 возрастает относительная доля потерь энергии за период в контуре, которые обусловлены как сильным поверхностным эффектом в его элементах, так и излучением. С уменьшением запасённой энергии уменьшается добротность контура.

Закрытый объёмный резонатор представляет собой окруженную замкнутой металлической оболочкой полость, в которую с помощью элементов связи (штырь, петля, отверстие) вводится электромагнитная энергия.

Общими свойствами всех объёмных резонаторов является их способность запасать эл.-м. энергию и относительно малое значение собственных потерь энергии за период, обусловленное почти полным отсутствием паразитного излучения из полости, малой плотностью тока в имеющих большую поверхность металлических стенках и их хорошей проводимостью, а также ничтожными потерями в заполняющем полость

воздухе. Вследствие этого добротность хорошо выполненных объемных резонаторов оказывается очень высокой.

Режимы колебаний контура: собственные и вынужденные колебания.

Собственные колебания— это возможные поля в объемном резонаторе при отсутствии сторонних источников. Собственные колебания резонатора включают в себя бесконечное множество различных типов колебаний (типов полей), каждый из которых характеризуется своей картиной векторных линий и определенной собственной длиной волны (собственной частотой).

Незатухающие колебания в реальном резонаторе существуют в режиме вынужденных колебаний, при котором в резонатор через элемент связи вводят энергию от стороннего источника (генератора). Для возбуждения резонатора нужно, чтобы частота колебаний генератора была равна одной из резонансных частот объемного резонатора. В этом случае в резонаторе наступает резонанс и амплитуды поля вынужденных колебаний достигают наибольшего значения.

Стоячая волна образуется в волноводе в результате сложения падающей волны и отраженной от нагрузки на конце волновода (в нашем случае это антенна). Режим стоячей волны достигается при условии максимального отражения сигнала на конце линии передатчик-антенна. В следствие такого сложения в волноводе образуются статические максимумы и минимумы напряженности поля, т.е. сложение мощностей отраженного и падающего сигнала образует неравномерное распределение напряженности поля по всей длине волновода (кабеля). Эффект стоячей волны используют при создании волноводно-щелевых антенн, где в максимумах напряженности поля (т.н. узлах) прорезаны щели в волноводе, а так же в антенных решетках и т.п.

Но в нашем случае важно, что бы вся мощность уходила в антенну, а не обратно в волновод (кабель), т.к. мы используем обычную штыревую антенну, которая и является излучателем радиосигнала.

К оаксиальный резонатор представляет собой отрезок коаксиальной линии, замкнутый с обоих концов проводящими пластинками. Поперечные размеры коаксиального резонатора, так же как и поперечные размеры коаксиальной линии, выбираются в соответствии с известными формулами, что обеспечивает отсутствие резонансов высших типов волн.

Полосковый резонатор, как правило, представляет собой отрезок полосковой линии передачи длиной λ_в/4, λ_в/2 или λ_в , разомкнутый или

к ороткозамкнутый на концах. Короткозамкнутый резонатор обладает более высокой добротностью и значительно меньшим концевым излучением по сравнению с разомкнутым резонатором. Наиболее серьезным недостатком короткозамкнутых резонаторов является необходимость замыкания проводника на основание с помощью вышеописанных элементов заземления, что усложняет технологический процесс изготовления.

В замкнутых конструкциях полосковых резонаторов, выполненных в виде кольца или прямоугольника (квадрата) (рис. 9.10), краевой эффект устраняется.

Для уменьшения длины коаксиальных резонаторов, что особенно актуально в дециметровом диапазоне, используют конструктивную (укорачивающую) емкость на конце центрального стержня