Н.С. Голубева, В.Н. Митрохин - Основы радиоэлектроники сверхвысоких частот - 2008 (1261905), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Селекция продольных типов колебаний всвязанные резонаторы; б -наторе2; 1- 2 -11 21- 2баРис.11спектр колебаний:1-связанных резонаторах:в резонаторе1; 2 -в резов связанных резонаторахПри увеличении расстояния между зеркалами до значенийl/ R ""'1число типов колебаний уменьшается при незначительном уменьшении мощности. Приl/R ""'0,975 набmодается только один основной тип Т 00 (одномодовый режим).0,8 от максимально излучаемой мощности. При увеличении расстояния l (l > R) мощность основного колебанияПри этом мощность излучения составляетуменьшается.При одном основном типе колебаний Т00 поле на зеркалах описываетсяфункцией Гаусса, диаграмма излучения становится узкой и гладкой, в спектреизлучения остаются лишь частоты , соответствующие продольным типам колебаний.Наиболее эффективным методом подавления продольных типов колебанийявляется использование системы связаннь1х резонаторов.
Максимальную добротность в такой системе имеют типы колебаний, являющиеся резонанснымидля каждого резонатора, входящего в систему. В простейшем случае двух связанных резонаторов, образованных тремя зеркалами, подбирая длины этих резонаторов и коэффициент пропускания среднего зеркала, добиваются работы натех типах колебаний, резонансные частоты которых одинаковы для обоих резонаторов, существенно ослабив или подавив остальные (рис.6.11). Эффективность метода повышается при увеличении числа связанных резонаторов. Принастройке расстояний между зеркалами с точностью до долей длины волны иподборе коэффициентов отражения зеркал можно получить одночастотный режим работы.Практически число связанных резонаторов можно увеличить, используя вкачестве одного из отражателей стопу из нескольких плоскопараллельных пластин. Такие пластины представляют собой резонаторы, в которых собственныечастоты продольных колебаний находятся на расстояниях, больших, чем у основного резонатора.Задачи297Вопросы1.В объемном прямоугольном резонаторе могут возбуждаться колебания Нтпр и Етпр,в круглом -колебания Нптр и Ептр• Что можно сказать о структуре поля этих колебаний, исходя из их обозначения?2.Почему в оптическом диапазоне частот применяются не объемные, а открьпые резонаторы?3.В открытом резонаторе могут возбуждаться Ттп-колебания.
Что можно сказать о4.Что представляет собой основное колебание Т00, возникающее в открытом резо-структуре полей этих колебаний, исходя из их обозначений?наторе?5.Что представляет собой поперечное колебание Ттп?6.Как определяется добротность резонатора?7.Перечислите потери, определяющие добротность объемного и открытого резонаторов.8.Какой тип колебания в открытом резонаторе обладает наименьшими дифракционНЬIМИ потерями?От чего зависят дифракпионные потери?9.10.Какой вид имеют поперечное и продольное распределения интенсивности поля ос11.Как можно уменьшить число продольных и поперечных типов колебаний?новного колебания?Задачи1.В объемном прямоугольном резонаторе, размеры которого 20х10х30 см, возбуждается поле Н 101 . Резонатор заполнен воздухом, проводимость стенок резонатораcr = 5,6-107 См/м, максимальная напряженность электрического поля в центре резонатора Ет = 105 В/м.
Определите резонансную частоту, структуру поля Н 101 , запасаемую энергию, потери в стенках резонатора, добротность и полосу пропускания.2.Определите резонансную длину волны двух низших типов колебаний, возбуждаемых в прямоугольном резонаторе размерами 20х25х30 мм.3.Определите длинуlпрямоугольного резонатора сечением 23х10 мм, если в резонаторе возбуждается колебание Н 103 и резонансная частота 9 ГГц.4.Прямоугольный35xl 5х60 мм.5.объемный резонаторзаполненвоздухомиимеет размерыОпределите резонансную длину волны поля Е 112 •Перестраиваемый резонатор образован отрезком прямоугольного волновода сечением 23х10 мм, внутри которого перемещается поршень. В резонаторе возбуждается поле Н 101 . Определите пределы перемещения поршня для перестройки резонатора в пределах6.Определите составляющие поля Н011 в цилиндрическом резонаторе и его длинуесли7.8 ...
12 ГГц.R = 5 см,а резонансная частота/,8,35 ГГц.Открьпый пустой резонатор гелий-неонового лазера (Ар = 0,63-10-6 м) образованПЛОСКИМИ Зеркалами, КОЭффициеНТ Отражения КОТОрЫХ IГE ll= 1 м.2= 0,99. Дшrnа резонатораОпределите расстояние между резонансными частотами продольных типов2986.Резонаторыосновного колебания Т 00, добротность и ширину резонансных пиков, если дифракционные потери на один проход сх,диФ0,2.=8.Условие задачи то же, что и задачи7.Определите расстояние между резонанснымичастотами продольных типов углового колебания Т01 , добротность и ширину резонансных пиков, если СХ.диФ9.= 0,4.Конфокальный резонатор гелий-неонового лазера (Ар= 0,63-10-6 м) образован сферическими зеркалами, коэффициент отражения которых IГE ll = 12= 0,99.
Длина резонаторам. Определите расстояние между продольными типами основного колебанияТ00 по частоте, добротность и ширину резонансных пиков, если СХ.диф =10.Условие задачи то же, что и задачи9.0,006.Определите расстояние между продольнымитипами углового колебания Т01 по частоте, добротность и ширину резонансных пиков, если <¾иФ= 0,01.7. ФЕРРИТОВЫЕ УСТРОЙСТВАСВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ7 .1.
Волноводные устройства, использующие эффект ФарадеяГиратор. Простейшим устройством, использующим эффект Фарадея, является гиратор. Гиратор-двуплечее устройство (четырехпоmосник), имеющеесдвиг фазы, в одном направлении передачи равный нулю, а в другом направлении-180°.
На рис. 7.1показан гиратор, состоящий из скрученного на90°прямоугольного волновода и 90°-ного вращателя поляризации. Таким образом, выходное плечо ориентировано так же, как и входное.<·· ·•·, ., .. ·>90°- наяКруглыйскругкаволноводРис.7.1. Схема гиратораПусть волна, распространяющаяся слева направо, имеет вертикальную поляризацию вектора электрического поля и скрутка поворачивает этот вектор на90°90°против часовой стрелки. Вращатель поляризации поворачивает его еще наи в результате вектор электрического поля в выходном плече оказываетсяповернутым на180°по отношению к вектору во входном плече.
При движениивертикально поляризованной волны в противоположном направлении(справаналево) вращатель поляризации поворачивает вектор электрического поля в туже сторону, что и в первом случае (по часовой стрелке относительно направления намагничивающего поля Н0),скрутка поворачивает вектор в противоположную сторону и в результате вектор электрического поля оказывается направленным так же, как и во входном плече.Циркулятор.
На основе гиратора можно построить циркулятор (рис.7.2,Такой циркулятор работает следующим образом. Сигнал, поступающий в плечоа).1,делится поровну между боковыми плечами двойного тройника. Обе составляющиесигнала проходят одинаковые пути, так что в боковых плечах левого двойноготройника они оказываются в фазе и результирующий сигнал проходит в плечо2.Ферритовые устройства сверхвысоких частот7.300аРис.а-7.2. Циркулятор :схема; б -схемное обозначение;Сигнал, поступающий в плечо2,1-4 -плечиточно так же делится пополам между боковымиплечами.
Однако теперь гиратор меняет фазу одной из составляющих прохождениясигнала на180°.Противофазные волны в боковых плечах правого двойного тройника складьmаются в плече3.Аналогично сигнал проходит из плеча3в плечо4,изплеча4 - в плечо 1 и т. д. В схемном обозначении циркулятора, показанном нарис. 7 .2, 6, стрелка соответствует последовательности 1 - • 2 - • 3 - • 4 - • 1.Циркулятор, использующий эффект Фарадея, показан на рис.
7.3. Плечо 1 левой секции представляет собой переход с прямоугольного волновода на круглый;плечопрямоугольный волновод, расположенный под прямым углом к плечу3-1исвязанный с круглым волноводом. Благодаря такому взаимному расположению плеч1и3,а также наличию металлической пластины в переходе, связь между этимиплечами отсутствует. Такая же секция (плечи2и4),повернутая на45° относительно первой, подюnочена с другой стороны отрезка круглого волновода с ферритом.Вертикально поляризованный вектор электрического поля волны, поступающей в плечо1, проходя через круглый волновод с ферритовым стержнем,45° против часовой стрелки (относительно направления расповорачивается напространения) и в результате волна проходит в плечопающего в плечо2,плечо 3.
Аналогичным образом из плечав плечо12.Вектор сигнала, постуоказывается горизонтально поляризованным и возбуждает3 сигнал поступает в плечо 4, из плеча 4 -и т. д. При изменении направления намагничивающего поля сигналпередается в направлении каналовВентиль. Вентиль-1- • 4-•3- • 2-•1.однонаправленная линия передачи. Рассмотрим некоторые виды вентилей.26Рис.7.3. Схема циркулятора,1-4 -плечи;5, 6 -использующего эффект Фарадея:металлические пластины7.1.Волноводные устройства, использующие эффект ФарадеяРис.7.4. Схемаплечи;1, 2 -вентиля:поглощающие плаС'rnны3, 4 -Циркулятор, использующий эффект Фарадея (см.
рис.нять как вентиль, если к плечам3и47.3),можно примеподключить согласованные нагрузки. Распространение энергии в таком вентиле происходит в направлениижения сигналов от выходной нагрузки в плечеплечо1,а поглощаются в согласованной нагрузке (плечо3и4 (см.рис.7.3), а1-2.Отране возвращаются во входное23).Более компактная конструкция вентиля представлена на рис.сутствуют плечи3017.4.В ней отвместо металлических пластин установлены поглощающие пластины. Волновод с ферритом поворачивает поляризациюволны на45°. Поэтомувектор электрического поля волны, падающей в плечонормален к поглощающей пластине4,и волна проходит в плечоПри обрат2.ном направлении распространения вектор сигнала, поступающего в плечоворачивается ферритовым стержнем на45° в ту же1,1, посторону и приобретает горизонтальную поляризацию. Такая волна будет поглощена пластиной3.Небольшая часть энергии обратной волны, которая может отразиться от пластины3ипереднего края феррита, после нового прохождения ферритовой секции будетпоглощена пластиной4.
Отметим,что пластины3и4почти не оказывают влияния на прямую волну, распространяющуюся в направлении1 -2,электрический вектор которой направлен нормально к поверхности пластин. Рассмотренный вентиль пригоден для работы на малых уровнях мощности, поскольку поглощающие пластины не могут рассеивать значительную мощность.Амплитудные модуляторы и переключатели. Рассмотренные выше фарадеевы циркуляторы можно использовать в качестве невзаимных электрическиуправляемых переключателей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
