Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1 (1970) (1152176), страница 58
Текст из файла (страница 58)
На рис. 10.25 показана структура поля этого вида колебаний (см. $4.4, посвященный высшим типам волн в коаксиальной линии). Коаксиальные резонаторы, возбужденные на виде колебаний Но~~ применяются в одной из разновидностей современных магнетронных генераторов — коаксиальных магнетронах. Основным достоинством таких резонаторов, как и цилиндрических резонаторов, возбужденных на виде колебаний Но 1, является высокая собственная добротность, позволяющая повысить стабильность частоты генерируемых колебаний. Через е в этом выражении обозначена относительная диэлектрическа,я постоянная диэлектрика, наполняющего резонатор.
Для нахождения индуктивности тороидальной части рассмотРим полный магнитный поток Ф, сосредоточенный в этой области, резонатора. Обозначим через Х амплитуду высокочастотного тока, протекающего по внутренней поверхности тороида. Величина Х остается неизменной по периметру тороида. Тогда по закону полного тока, рассматривая магнитную силовую линию с радиусом ~, можно написать: Магнитный поток йФ, проходящий через элемент сечения тороида шириной й (см. Рис. 10.26), равен ~ Ф = Я~ОНсБ = 1~1ло 2— Ы .Ч и ь- магон й Ф = рр —,— = 1п —. О 2 р- 2 ~о ~о ф По уравнению А = — получаем величину индуктивности торо- Х идального витка в виде: ~~ о~ 1п —.
2~ ~"о * (10.28) Резонансная частота резонатора оо может быть вычислена по полученным выражениям емкости и индуктивности. Используя соотношения (10.26), (10.27) и (10.28), имеем: 0) о —,- У~ ~~оР~о1 1п ~о Более удобным для практических целей является выражение резонансной длины волны, измеренной в свободном пространстве, 1 Учитывая, чТо еоро — — —,, получаем в случае вакуумного или воздушного наполнения: чГ2~ й Г ~о (10.29) 350 где р — относительная магнитная проницаемость диэлектрического наполнения. Полный магнитный поток через тороидальную часть резонатора определяется интегралом полученного выражения в пределах от ~одо Я: В уравнениях (10.27) и (10.29) не учитывается емкость боковой части цилиндрического выступа. Поэтому расчет по (10.29) дает заметную погрешность в сторону укорочения резонансной длины волны.
Более точное ~выражение резонансной длины волны вакуумного тороидального резонатора с поправкой на боковую емкость имеет вид тГ 21 4И ~о =-~о ~~ — 1+ — 1п — ~ 1п —. инв ~'о и ~о (10.30) Ясриб мируглйы меФбрама Рис. 10.27. Индуктивная настройка тороидального резонатора при помощи винтов и лопа- точек Рис. 10.28. Емко стная настройка тороидального ре- зонатора 35$ Перестройка резонансной длины волны тороидальных резонаторов осуществляется двумя способами — индуктивным и емкосгным.
Индуктивный способ настройки резонатора иллюстрируется рис. 10.27, а. Через отверстия в боковой поверхности тороида вводят металлические винты. Действие винтов, оттесняющих магнитные силовые линии по направлению к оси резонатора, эквивалентно уменьшению радиуса Я тороида. В результате при ввертывании винтов происходит укорочение резонансной длины волны резонатора. Иногда при индуктивной настройке вместо массивных винтов используют винты, на концах которых имеются металлические лопатки (рис. 10.27, б).
Настройка резонатора производится пово- ротом лопаточек. Наиболее короткой резонансной волне соответствует положение плоскости лопаточек, перпендикулярное магнитным силовым линиям в резонаторе. При повороте лопаточек на 90' последние почти не влияют на поле в резонаторе. Это положение лопаточек обеспечивает наиболее длинную резонансную волну рассматриваемого тороидального резонатора. Емкостный способ настройки заключается в изменении ширины емкостного зазора и.
Это изменение осуществляется либо деформацией тонкой мембраны, находящейся в верхней части резонатора (рис. 10.28,а), либо перемещением цилиндра, входящего внутрь резонатора (рис. 10.28, б). Чаще применяется емкостная настройка с помощью мембраны. Диапазон механической перестройки тороидальных резонаторов составляет обычно 10 — 20% от средней длины волны.
В связи с индуктивной и емкостной настройками резонатора следует сделать общее замечание. Можно показать в самом общем случае, что небольшое перемещение стенки внутрь резонатора в области, где имеется преимущественно магнитное поле, приводит к укорочению резонансной длины волны. Напротив, небольшое вдавливание стенки в той части, где имеется электрическое поле, приводит к удлинению резонансной волны. Указанные принципы полностью согласуются с действием поршней, лопаточек, винтов и мембран, описанных выше применительно к тороидальному и другим типам полых резонаторов. Тороидальные резонаторы, а также резонаторы, занимающие промежуточное положение между тороидальными и цилиндрическими с укорачивающей емкостью, находят широкое применение в электровакуумных приборах сверхвысоких частот, главным образом в клистронах.
В зависимости от рабочей длины волны используются как индуктивный, так и емкостный способы перестройки. Индуктивный способ особенно пригоден для волн длиною порядка 7 — 10 см и более, где резонаторы имеют сравнительно большие размеры. Емкостный способ перестройки применяется болыпей частью на волнах длиною 3 см и короче. При индуктивной настройке тороидальная часть резонатора делается обычно невакуумной.
С этой целью внутри резонатора впаивается стекло, как показано схематически на рис 10.29, а. Помимо клистронов, похожая конструкция резонаторов применяется в некоторых типах высокодобротных резонансных разрядников, предназначаемых для защиты приемника и блокировки передатчика в ответвительных антенных переключателях Емкостный зазор, имеющийся между усеченными конусами (рис. 10.29, б), в режиме передачи играет роль разрядного промежутка Благодаря трансформирующему действию резонатора напряжение на зазоре тем больше, чем выше внешняя добротность резонатора.
Качество защиты приемника при этом повышается. Вместе с тем происходит уменьшение тока разряда, что особенно важно при большой мощности передатчика для увеличения срока службы разрядников Недостатками описанной системы разрядников является резкое сужение рабочей полосы частот и рост вносимых потерь в режиме приема в соответствии с соображениями, изложенными в $9.6, в Тороидальные резонаторы в качестве волномеров обычно не применяются из-за меньшей собственной добротности, чем у выпуклых резонаторов, например у цилиндрических или призматических резонаторов, не имеющих 352 Рис 1029 Полые резонаторы с индуктивной настройкой в невакуумной части, применяемые в отражательных клистронах (а) и в высокодобротных резонансных разрядниках (б) 1 — стеклянная вакуумная оболочка, 2 — дисковые вводы 3 — сетки для прохождения электронного потока, 4 — высокочастотный разрядный промежуток, а — съемная невакуумная часть резона тора о — винт индуктивной настройки Рис.
10.30. Одиночный резонатор типа «щель— отверстие» (а) и свернутый в кольцо многорезонаторный анодный блок магнетрона (б). Показана структура электрического и магнитного полей в одиночном резо- наторе 5 10.7. ПРОЧИБ ТИПЫ СВЧ РБЗОНАТОРОВ а. Кольцевые резонаторы бегущеа волны Все рассмотренные полые резонаторы работают в режиме стоячей волны, образующейся в результате многократных отражений волны от металлических стенок.
Исклю- 23 И В Лебедев входящих внутрь выступов Вообще все вогнутые полые резонаторы, к числу которых относятся и рассматриваемые тороидальные резонаторы, имеют более низкую добротность, чем выпуклые резонаторы. Это вытекает, в частности, из уравнения (96) Собственная добротность в первом приближении пропорцио нальна отношению объема резонатора к вну 0п300~3 б~ПКВ тренней поверхности его стенок. Вплотную к расчету тороидальных резо- ф наторов примыкает расчет резонатора типа х х х «щель — отверстие», изображенного на рис.
ф у~ 10 30, а Резонаторы этого типа, выполненные в массивном медном блоке, по предло- Е Щюлб жению Н. Ф. Алексеева и Д. Б. Малярова а~ широко применяются в многорезонаторныл магнетронах (рис. 10 30, б) . Роль сосредоточенной индуктивности на рис. 1030, а играет отверстие, внутренняя поверхность которого может рассматриваться как одиночный ленточный виток Роль емкости играет сквозная щель. Ввиду большого сходства расчета резонаторов типа «щель — отверстие» Дура с расчетом тороидальных резонаторов вывод соответствующих уравнений здесь опускается. чением из этого правила являются так называемые кольцевые резонаторы, появившиеся значительно позднее других типов полых резонаторов.
Рассмотрим прямоугольный волновод или другую передающую линию СВЧ, свернутую в виде кольца и замкнутую саму на себя (рис. 10.31,а). Допустим, что в некотором сечении АА возбуждена волна, распространяющаяся только в одном направлении. Тогда при средней длине кольца 1 средн, составляющей целое число длин волн Х, в рассматриваемой линии, аз//с////игатЛь д//77~С/"/ь/а //ы/// гласса////Ф Г/РЕМУ/Ю !я а) Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
