Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Помимо резонанса, характеризующегося числом п = 1, возможны другие виды колебаний при и=2, 3, 4..., когда по длине 3 5 резонатора укладываются — ),— ~ и т. д. Распределение поля в резонаторе при видах колебаний и = 1 и и = 2 показано на рис. 10.3. В выражения (10.3) и (10.4) не входят размеры поперечного сечения резонатора — диаметры 0 и й, указанные на рис. 10,1, а. Их величина, однако, ограничивается условием отсутствия высших типов волн в коаксиальной линии, т.
е. О Указанной величины в пределах — — 2,5 — 6,0 уменьшение добротности Яо является незначительным. Недостатком четвертьволнового резонатора, изображенного на рис. 10.1,а, является излучение энергии из открытого конца. Излучение легко устранить, сделав наружную трубу резонатора длиннее внутреннего стержня, как показано на рис. 10.4,а. Длина у~аппюк, являющийся эап~е3ельным йлноФИам а~ фужинящие тнтатпы Рис. 10.3. Структура и эпюры поля в четверть- волновом коаксиальном резонаторе при видах колебаний и =1 и и =2. Рис.
10.4. Особенности конструктивного выполнения четвертьволновых резонаторов * Эта проводимость имеет емкостный характер, так как запредельный волновод возбуждается на волне типа ТМ. Применяя условие (10.2), можно найти, что длина ь' оказывается немного меньше четверти длины волны в свободном пространстве.
В этом отношении рассматриваемый резонатор отчасти сходен с резонатором типа коаксиальной линии, нагруженной на емкость, рассматриваемым ниже в ~ 10.2, г, 1 внутреннего стержня несколько отличается от 4, так как сказывается небольшая реактивная входная проводимость запредельного волновода.~ Механическая перестройка резонансной длины волны Хр четвертьволнового резонатора легко осуществляется изменением длины 1 внутреннего проводника. Ввиду того, что в стенках резонатора на короткозамкнутом конце имеется пучность продольного высокочастотного тока, необходимо обеспечивать хоро- птий контакт между корпусом и передвигаемым внутренним про водником. Обычно с этой целью используются пружинящие контакты, схематически показанные на рис.
10.4,б. оЮволновый коаксиальный резонатор Обратимся к полому резонатору, изображенному на рис. 10.1,6. Зтот Резонатор сводится к коаксиальной линии, замкнутой на обоих концах, и может мыслиться как комбинация двух четверть- волновых полых резонаторов, соединенных открытыми концами. Условие Резонанса может'быть получено из общих соотноше ний (10.1) или (10.2). Имея в виду, что гр~ =(р2=л, получаем: 2~~+2~Я=2ги; и=1,2, 3..., откуда Я= ( — 1); (10.7) где и'=1, 2, 3... Число и' опре1деляет вид колебаний т.
е. количество полуволн, укладывающихся при резонансе вдоль оси резо- Рис. 10.5. Структура и эпюры высокочастотного поля, тока и напряжения в полуволновом резонаторе при низшем виде колебаний (и'= Ц натора. С этим и связано название полу волновый резонатор. Структура поля в полуволновом резонаторе при и'=1 показана на рис. 10.5. Перестройка полуволнового резонатора, т. е. изменение резонансной длины волны Хо, может производиться с помощью поршня, как показано на рис. 10.6. Выбор диаметров наружного и внутреннего проводников В и а производится с учетом соотношения (10.6). Основной областью применения полуволновых и четвертьволновых коаксиальных резонаторов являются резонансные волномеры СВЧ диапазона, рассматриг ваемые в ~ 10.3.
г. Резонатор типа коаксиаяьной линйи нагруженной на емкость Во многих случаях встречаются резонаторы, сходные с полуволновым и четвертьволновым резонаторами, но имеющие узкий зазор между крышкой и торцом внутреннего провод- 10.1, в, г). Наиболее часто используют резонатор, изона рис. 10.1 в, носящий название резонатора типа боливии, нагруженной на емкость. Структура поля в этом при низшем виде колебаний показана на рис.
10.7. Рис. 10.6. Перестройка коаксиального полуволнового резонатора с помощью передвижного дроссельного поршня ника (рис. браженный аксиальной резонаторе Рис. 10.7. Структура поля в резонаторе типа коаксиальной линии, нагруженной на емкость, при низшем виде колебаний Расчет резонатора будем вести, считая емкость на торце сосредоточенной, как показано на эквивалентной схеме на рис. 10.8,а. Тогда удобно применить условие резонанса (10.2) и, рассекая резонатор на две части, приравнять нулю сумму реактивных проводимостей конденсатора и отрезка длинной линии в точках аб (рис. 10.8,6): 1 со~ аС вЂ” — с1~ — = О, (10.8) с где С вЂ” сосредоточенная емкость на конце резонатора; с — фазовая скорость волны типа ТЕМ в линии, равная в случае вакуумного наполнения скорости света.
328 стоты резонатора оо1, ьо2, коз и т. д. Как и в случае четвертьволнового и полуволнового резонаторов, имеется бесконечное множество видов колебаний. Представляет интерес рис. 10.10, где показаны те же реактивные провод . Ости в зависимости от длины коаксиальной части резонатора 1 при нескольких фиксированных значениях емкости С. Точки пересечения котангенсоиды с прямыми С=сопим определяют длину коаксиальной линии ~р„, при которой происходит резонанс на заданной длине волны Х. При исчезающе малых зна- 3~ 5~ чениях емкости С длина резонатора приближается к 4, и т. д., т. е. совпадает с длиной четвертьволнового резонатора.
Чем больше емкость С, тем меныпая длина линии требуется для резонанса при каждом из видов колебаний ~см. рис. 10.10). Действие емкости сводится, таким образом, к укорочению длины резонатора при заданной длине волны. Ввиду этого емкость на конце резонатора называется укорачивающей. С увеличением укорачивающей емкости собственная добротность резонатора Яо уменьшается, а активная проводимость 6 увеличивается.
Это нетрудно понять, если принять во внимание увеличение накопленной в резонаторе электрической энергии. Соответствующее увеличение энергии магнитного поля создается за счет увеличения тока, протекающего в стенках резонатора, что и вызывает рост джоулевых потерь. Таким образом, добротность укороченного резонатора всегда ниже добротности аналогичного четвертьволнового резонатора. Заметим, что собственная добротность всех коаксиальных резонаторов уменьшается при увеличении числа вариаций поля вдоль оси резонатора. Перестройка. резонансной длины волны резонаторов типа коаксиальной линии, нагруженной на емкость, может осущес гвляться двумя способами: елкост'ный способ, заключающийся в изменении укорачивающей емкости за счет регулирования ширины зазора при неизменной длине резонатора; индуктивный способ, заключающийся в изменении длины коаксиального участка резонатора при неизменной укорачивающей емкости.
На рис. 10.11 схематически показаны соответствующие устройства для перестройки резонансной волны. Наибольшее применение находит индуктивный способ. Поршни, необходимые для изменения длины резонаторов, делаются обычно дроссельными одного из типов, рассмотренных в ~ 8.2.
На практике используются как низнтий зид колебаний з резонаторе ~Г -( — ), так и следующие за ним виды, для которых по длине резонатора имеются две, три и т. д. вариации поля. Виды колебаний, отличные от ТЕМ, практического применения не находят. 330 Несмотря на уменьшение собственной добротности, резонаторы типа коаксиальной емкости, нагруженной на емкость, используются в резонансных волномерах (см. ~ 10.3), главным образом в диапазонах дециметровых и метровых волн. На длинных волнах такие резонаторы имеют достаточно малые габариты в сравнении с четвертьволновыми и полуволновыми резонаторами. Наиболее существенно применение рассматриваемых полых резонаторов в сочетании с электровакуумными приборами СВЧ— триодами, тетродами и клистронами.
Электроды ламп являются Гмкпсвныи 1ысгпуп а) Лорнет Рис. 10.12. Схема включения цвух коаксиальных резонаторов с укор ачивающей емкостью в триодном генераторе или усилителе СВЧ 1 — вакуумная оболочка триода, 2 — плооиий катод; 3 — плоский анод, 4 — дисковый вывод сетки, 5, 6 анодно-сеточный резонатор, 7, 8 — настроечные поршни Вывод энергии, устройства для разделения постоянных напряжений и другие детали на рисунке не показаны Рис. 10.11.
Емко стная (а) и индуктивная (б) настройки резонатора типа коаксиальной линии,нагруженной на емкость непосредственно частью оболочки полого резонатора. Емкость, находящаяся на конце резонатора, является междуэлектроднои емкостью. Идея и осуществление органического слияния электровакуумных приборов с полыми резонаторами принадлежат Н.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
