Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Величина ТКЧ имеет размерность мегагерц на градус и в простейшем случае определяется из усло- вия ~~о ТКЧ =— (10 11) Величина а~ имеет для большинства металлов порядок (1 — 2) . 10 ) (си. приложение 3). град Для волномеров средней и малой точности величина ТКЧ в большинстве случаев не играет существенной роли, так как точность подобных волномеров не превосходит 0,05%. Однако во многих других случаях приходится обращать серьезное внимание на температурный дрейф параметров полых резонаторов.
С целью ослабления влияния температуры на резонансную частоту полых резонаторов, применяемых в волномерах и в других устройствах, иногда идут по пути применения металлов с низким коэффициентом расширения, например инвара. В специальных случаях, если это позволяют условия, прибегают к термостатированию полого резонатора. Другой возможный путь заключается в выборе тйкой конструкции резонатора, при которой происходит частичная компенсация температурных эффектов.
Это важно, например, при разработке некоторых электровакуумных приборов СВЧ, где требуется обеспечить высокую стабильность частоты генерируемых колебаний. Для повышения точности отсчета длины волны абсолютными резонансными волномерами иногда учитывают, что относительная диэлектрическая проницаемость воздуха точно не равна единице и зависит от давления, температуры и относительной влажности. Исследования показывают, что в диапазоне длин волн от 3 до 10 см величина е сухого воздуха при комнатной температуре и нормальном давлении составляет около 1,00055.
Таким образом, в уравнениях (10.9) и (10ЛО) можно ввести поправочный множитель, примерно равный $,00025. Помимо применения в волномерах, коаксиальные резонаторы используются в качестве резонансных дросселей. Пример четвертьволнового дросселяе предотвращающего утечку высокочастотной энергии, приводился на рис. 8.27.
ф 10.4. ПРИЗМАТИЧЕСКИЕ ПОЛЫЕ РЕЗОНАТОРЫ а. Однородный призматический резонатор Расчет простейшего призматического резонатора (рис. 10.16,а) удобно вести, рассматривая его как прямоугольный волновод, закороченный на обоих концах. В этом случае применимо общее условие резонанса (10.1). Произвольно полагая размер ~ длиной волнов ода и принимая размеры а, Ь за его поперечное сечение, получаем: 1 =Р 2', (10.12) где р=1, 2, 3...
Это усРис. 10Л6. Призматический и цилиндловие сходно с уравне- рический полые резонаторы нием полуволнового коаксиального резонатора (10.7). Призматический резонатор можно трактовать как волноводный резонатор полуволнового типа. Используя соотношение справедливое для любого однородного волновода с вакуумным наполнением, получаем важное уравнение 1 'О— (10.13) Это выражение применимо ко всякому полому резонатору, который сводится к однородному волноводу, замкнутому на обоих концах. Подставляя в (10.13) уравнение критической длины воины прямоугольного волновода (3.78), имеем: ~о— 2 (10.14) В уравнении (10.14), определяющем резонансную длину волны призматического полого резонатора, все три размера а, Ь, 1 входят 22 и.
В лебедев рассмотренной в гл. 3. Для резонатора в отличие от волновода, возбужденного в режиме бегущей волны, характерен сдвиг на — ' 4 между поперечными составляющими электрического и магнитного полей. Наличие такого сдвига вытекает из существования чисто стоячей волны. Перенос энергии в каком-либо направлении отсутствует, т. е. векторное произведение ~ЕН~ равно нулю. Рис. 10.17. Структура и зпюры поля в призматическом резонаторе при виде колеба- ний Н101 Резонансная длина волны вида Н1е1, определяемая из уравнения (10.14), оказывается численно равной критической длине волны типа Е11 в прямоугольном волноводе, поперечное сечение которого имеет размеры а и ~.
Сучетом структуры поля, показанной на рис. 10.17, резонанс вида Н1о1 можно трактовать как резонанс вида Е110. Высшие виды колебаний, помимо рассмотренного низшего вида Н1о1 или Еио, большого интереса не представляют. Исключение составляют лишь случаи, когда по длине резонатора укладываются две или большее число полуволн (виды колебаний Н1к, Няз и т. д.). Структура поля этих видов в специальных пояснениях не нуждается.
Расчет соответствующих резонансных длин волн без труда производится по уравнению (10Л4). Собственная добротность однородного призматического резонатора при виде колебаний Н1е1 может быть сделана достаточно высокой — порядка 104. Для вычисления величины Яе по (9.5) используются уравнения волны типа Н1О в прямоугольном волноводе, приведенные в ~ 3.3. В качестве примера можно привести результаты резонатора кубической формы. При а = Ь = ~ уравнение (9.5, а) дает: (10.15) 339 Полагая стенки резонатора выполненными из меди и принимая 1=ХΠ— — 10 см, получаем: а=7,07 сл; 6=1,22 ° 10 4 см, откуда 90=18800.
Практически при описанных условиях можно получить Я,=10000. Большую роль играет чистота обработки стенок резонатора, качество контактов и т. д. Призматические резонаторы находят некоторое применение в резонансных волномерах, рассматривавшихся в ~ 10.3 на примере коаксиальных полых резонаторов. Перестройка резонансной длины волны осуществляется передвижным поршнем.
Помимо призматического резонатора полуволнового типа, можно мыслить четвертьволновый призматический резонатор, открытый на одном конце. В отличие от четвертьволнового коаксиального резонатора, однако, избавиться от излучения здесь нельзя. В результате нагруженная добротность четвертьволнового резонатора оказывается очень низкой.
Применять четвертьволновые призматические резонаторы удается лишь в специальных случаях, когда требуется особенно низкая нагруженная добротность. Одним из таких применений является газоразрядный прибор — широкополосный разрядник блокировки передатчика, о котором говорилось в ф 6.7 (см. рис. 6 33). Величина Я разрядника с четвертьволновым резонатором составляет порядка 3 — б. б. Призматические резонаторы с укорачивающей емкостью и с реактивными диафрагмами Иногда призматические резонаторы снабжаются укорачивающей емкостью, расположенной в центре резонатора, как показано на рис. 10.18,а. Укорачиваюшей емкостью может являться междуэлектродная емкостьэлектровакуумного прибора, например клистрона. Перестройка длины волны генерируемых колебаний может осуществляться в широких пределах путем одновременного перемещения двух поршней (рис.
10.18, б). Длина 1 полого резонатора, содержащего емкость, должна быть меньше, чем следует из уравнения (10.14) при виде колебаний Н101. На практике часто используются призматические резонаторы, у которых входная и выходная линии, не показанные на рис. 10.16, а, 10.17 и 10.18, а, выполнены из прямоугольного волновода с теми же размерами поперечного сечения, которые имеет сам резонатор. Схема устройства такого резонатора, связанного с одним волноводом через индуктивную диафрагму, изображена на рис. 10.19, а. Для расчета резонансной длины волны рассматриваемого резонатора удобно использовать эквивалентную схему, изображенную на рис.
10.19, б. Через ~В обозначена реактивная проводимость диафрагмы в относительных единицах, рассматривавшаяся в ~ 6.4. Используя общее условие резонанса (10.2) и приравнивая нулю сумму реактивных проводимостей в сечении аб на рис. 10.19, б, можно записать: откуда (10.16) 1 агс с1д В 340 Полагая, что энергия, рассеиваемая внутри резонатора, изображенного на рис 10.19~ много меньше энергии, рассеиваемой в нагрузке, можно получить с помощью (9.18) следующее выражение для нагруженной доброт ности резонатора: (10.17) Подобным же образом могут быть рассмотрены призматические полые резонаторы проходного типа, на обоих концах которых включены реактивные диафрагмы. Расчет резонансной длины волны и размеров таких резо- укв~ачи3ающая емкость Йопки 3акуумноео ооиоо— о а(емкость) б/и Рис.
10.19. Призматический резонатор с индуктивной входной диафрагмой (а) и его эквивалентная схема (б) Рис. 10.18. Призматический резонатор с укорачивающей емкостью (а) и его применение в сочетании с электровакуумными приборами СВЧ (б) 341 наторов можно вести с помощью круговых диаграмм полных проводимостей в полярной системе координат. Наконец, можно использовать призматические резонаторы, у которых помимо входной диафрагмы имеется в центре укорачивающая емкость. Такие резонаторы применяются, например, в мощных усилительных клистронах.
Конструкции и применение этих резонаторов рассматриваются в курсе, посвященном электровакуумным приборам СВЧ. Одним из своеобразных применений полых резонаторов с одной или двумя индуктивными диафрагмами при отсутствии укорачивающей емкости (см. рис. 10.19) являются повышающие резонансные СВЧ трансформаторы. Хотя повышающими свойствами обладают в принципе все резонаторы (см. ~ 9.6,б), призматические резонаторы обеспечивают особенные удобства для испытания разнообразных волноводных устройств при эквивалентной мощности СВЧ колебаний, значительно превышающей реальную мощность питающего генератора'.
Введем условное понятие коэффициента умножения иои4ности, понимая под этим отношение эквивалентной мощности в пучности стоячей волны внутри резонатора на резонансной частоте к мощности питающего генератора, отдаваемой в согласованную нагрузку. Можно показать, что при отсутствии потерь в случае проходного резонатора с двумя идентичными диафрагмами коэффициент умножения мощности в точности равен величине «собственного» КСВ одиночной диафрагмы.
При конечных потерях внутри резонатора коэффициент умножения мощности оказывается равным величине КСВ входной диафрагмы, если эта диафрагма обеспечивает критическую связь (согласование) входа резонатора. Таким образом, при КСВ диафрагмы, равном, например, 20, можно производить эквивалентные испытания при импульсной мощности 20 Мвт, имея генератор с выходной мощностью, равной 1 Мвт. Подобные испытания, значительно экономящие стоимость и габариты установок, представляют большой интерес при разработке различных узлов электронных и газо- разрядных приборов СВЧ. Помимо призматических резонаторов, в качестве повышающих трансформаторов (имитаторов мощности) широко используются кольцевые полые резонаторы, рассматриваемые в ~ 10.7, а. 5 10.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
