Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Д. Девяткову, разработавшему вместе со своими сотрудниками в 1938— 1941 гг. ряд конструкций сверхвысокочастотных триодов. Упрощенная схема триодного генератора и усилителя с двумя полыми резонаторами показана на рис. 10.12 ~подробно эта схема анализируется во второй части курса). Триод имеет плоские электроды и малые междуэлектродные расстояния; выводы электродов имеют вид дисков или цилиндров. Первый резонатор нагружен на емкость катод-сетка. Второй резонатор имеет на конце емкость сетка-анод. Перестройка каждого из резонаторов, необходимая для настройки генератора или усилителя на требуемую длину волны и для регулировки обратной связи, осуществляется поршнями.
Эта схема широко применяется в настоящее время и дает возможность генерировать и усиливать колебания вплоть до частот порядка 7 — 10 Ггц. Конструкция триодов приспосабливается для сопряжения с полыми резонаторами. Резонатор типа коаксиальной линии, нагруженной на емкость, используется иногда также в сочетании с отражательными клистронами. С помощью этого резонатора можно получить широкий диапазон механической перестройки частоты генерируемых колебаний — порядка 50е/о и более от средней частоты.
В некоторых типах маломощных пролетных клистронов находят применение коаксиальные полые резонаторы с двумя укорачивающими емкостями (см. рис. 10.1,г). Роль сосредоточенных емкостей здесь играют плоские зазоры, имеющиеся между торцами внутреннего проводника и металлическими наружными крышками резонатора. Расчет резонансной длины волны подобных резонаторов может быть без труда выполнен читателем по аналогии с проведенным выше расчетом. Очевидно, что при низшем виде колебаний длина внутреннего проводника составляет меньше половины длины волны в свободном пространстве, на которой должен быть получен резонанс.
$10.3. ПРИМЕНЕНИЕ КОАКСИАЛЬНЫХ РЕЗОНА'ТОРОВ В РЕЗОНАНСНЫХ ВОЛНОМЕРАХ Основной областью использования полуволновых и четверть- волновых резонаторов, а также отчасти резонаторов с укорачивающей емкостью, являются резонансные волномеры малой и средней точности. Принцип резонансного волномера диапазона сверхвысоких частот не отличается от принципа обычного резонансного волномера, используемого в радиотехнике на более низких частотах. Полый резонатор играет роль настраиваемого эталонного колебательного контура. Измерение длины волны и частоты сводится к нахождению резонанса путем изменения резонансной длины волны эталонного контура. В зависимости от способа включения контура и индикатора, указывающего резонанс, различают два варианта схемы резонансного волномера: включение контура на проход, когда резонанс отмечается по максимуму сигнала, проходящего в индикатор (рис.
10.13,а); абсорб~ионное включение контура (применяется также название «включение на отсос»), характеризующееся минимумом проходящего сигнала при резонансе (рис. 10.13, 6). Длина линии, ответвляющейся к контуру в абсорбционном волномере, в случае параллельного включения выбирается равной примерно четверти длины волны*. При этом большое входное * Если резонатор включается в линию последовательно, то длина ответвления должна быть равна нулю или целому числу полуволн.
332 сопротивление контура при резонансе трансформируется в низкое сопротивление, шунтирующее линию в точках аб (см. рис. 10.13, б) . Сигнал, проходящий в индикатор, уменьшается за счет частичного отражения волны от точек аб и частичного поглощения высокочастотной энергии в резонаторе волномера. Связь коаксиального резонатора с коаксиальной линией осуществляется, как правило, индуктивным способом через петлю. Иногда используется также штыревая связь. Расположение возбуждающего элемента относительно резонатора легко выбрать, используя описанные выше принципы связи с волноводами (~ 5.1).
Пример выполнения петлевой связи показан на рис. 10.14. Чем меньше размеры петли и чем дальше она находится от короткозамкнутого конца резонатора, тем слабее связь резонатора со входной линией и с индикатором и, следовательно, тем больше величина нагруженной добротности Я„. Последняя задает остроту резонансных кривых, показанных на рис. 10.13, и тем самым определяет точность отсчета длины волны. Вместе с тем, как было показано в ~ 9.6, в, ослабление связи и приближение величины Я„к собственной добротности Щ приводит к росту вносимых потерь.
В результате уменьшается мощность, проходящая ~0ис~палли~еский Ь'телстар Ьо Ьлокиро5очиый Перемещение рачки насп роики иой~пура Рис. 1013. Эквивалентные схемы и показания индикаторов резонансных волномеров проходного (а) и абсорб- ционного (6) типов Рис. ЮЛ4. Связь четвертьволнового резонатора с коаксиальной линией при помощи петли 333 где Ж вЂ” изменение геометрической длины внутреннего проводника резонатора, соответствующее влиянию запредельного волновода и элементов связи. Находя разность длин ~р„~ и 1р„1, получаем.' 2 (~рез 2 ~рез 1) ° (10.9) В общем случае 2 ~(1р ) (1рез) (10.10) где (1рез ), и (1рез )„-1 — любые два значения длины внутреннего проводника, соответствующие резонансам на соседних видах колебаний.
Таким образом, в принципе возможно абсолютное измерение длины волны с помощью четвертьволнового резонатора, не требующее предварительной градуировки по другому волномеру. Однако использовать на практике четвертьволновый резонатор ЗХ неудобно даже при 1 4, так как длинный внутренний проводник имеет опору только на одном конце. Для четвертьволнового 334 в индикатор при проходной схеме, а также уменьшается глубина «провала» в сигнале при абсорбционной схеме волномера. Выбор связи приходится делать из компромисса между указанными факторами. Обычно удается обеспечить величину Я„коаксиальных резонаторов порядка 1000 — 4000.
В качестве индикатора в резонансных волномерах большей частью используют кристаллический детектор, соединенный с микроамперметром постоянного тока. При измерениях в импульсном режиме выход детектора обычно переключается на осциллограф. Волномеры с резонатором типа коаксиальной линии, нагруженной на емкость, а также с четвертьволновым резонатором, нуждаются в предварительной градуировке, т. е. в нахождении опытным путем зависимости Хо = ~(1) . Градуировка должна вестись по другому эталонному волномеру.
Принципиально можно применить к четвертьволновому резонатору условие (10.4) с тем, чтобы найти два значения длины ~р„, соответствующие резонансам на двух соседних видах колебаний, например, и = 1 и и = 2. Тогда при одной и той же длине волны генерируемых колебаний Х можно записать: резонатора выбирают обычно вид колебаний, при котором 1=-— 4 Ф и, следовательно, предусматривают необходимость градуировки волномера. Полуволновый коаксиальный резонатор с передвижным поршнем можно без особых затруднени~д использовать не только при виде колебаний и' = 1, но и при и' = 2 и выше. В силу этого градуировка полуволнового волномера оказывается излишней. Отсчет длины волны Х производится по двум-трем отсчетам резонанса путем непосредственного измерения разности длин (~реа)п и (~реа )л-1. Искомая длина волны находится по соотношению (10.10). Таким образом, полуволновый волномер с несколькими отсчетами обеспечивает абсолютное измерение длины волны.
Рис. 10Л5. Конструкция коаксиального четвертьволнового резонатора с двумя элементами связи цля волномера диапазона 8 — 12 см 1 — передвижной внутренний проводник, 2 — наружный проводник, 3— выходная петля; 4 — входной штырь, Б — пружинящие контакты, б' — пат рон с детектором; 7 — микрометрическая головка, 8 — высокочастотный вход, 9 — выход к микроамперметру Коаксиальные волномеры полуволнового и четвертьволнового типов применяются вплоть до 3-см диапазона волн и обеспечивают точность отсчета длины волны порядка 0,1 — 0,05%.
Типичный диапазон измерений волномера составляет, например, от 8 до 12 335 или от 2,8 до 3,8 см. Пример устройства резонатора проходного волномера четвертьводнового типа с одним отсчетом показан на рис. 10.15. Точность измерения длины волны с помощью калиброванных резонансных волномеров зависит, в числе других факторов, от температуры окружающей среды. В самом деле, нагрев полого резонатора приводит к небольшому увеличению его линейных размеров.
Резонансная длина волны Х~ пропорциональна линейным размерам (в случае четвертьволнового резонатора — длине внутреннего стержня). Следовательно, изменение резонансной длины волны Ыо и изменение линейного размера резонатора Ж связаны соотношением где а~ — температурный коэффициент линейного расширения; ~ — рабочая температура, 1о — температура, при которой производилась калибровка волномера. Полагая приращение температуры (1 — 1„) равным 1'С и переходя от длины волны к частоте, можно ввести понятие температурного коэфФициента частоты полого резонатора, сокращенно ТКЧ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
