Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Объемный резонатор

Объемный резонатор (далее О), колебательная система сверхвысоких частот, аналог колебательного контура; представляет собой объем, заполненный диэлектриком (в большинстве случаев воздухом) и ограниченный проводящей поверхностью либо пространством с иными электрическими и свойствами. Наибольшее распространение имеют полые О — полости, ограниченные металлическими стенками. Форма ограничивающей поверхности О в общем случае может быть произвольной, однако практическое распространение (в силу простоты конфигурации электромагнитного поля, простоты расчета и изготовления) получили О некоторых простейших форм. К ним относятся круглые цилиндры, прямоугольные параллелепипеды, тороиды, сферы и др. Некоторые типы О удобно рассматривать как отрезки полых или диэлектрических волноводов (см. Радиоволновод), ограниченные двумя параллельными плоскостями.

  Задача о собственных колебаниях электромагнитного поля в О сводится к решению Максвелла уравнений с соответствующими граничными условиями. Процесс накопления электромагнитной энергии в О можно пояснить на следующем примере: если между двумя параллельными отражающими плоскостями каким-либо образом возбуждается плоская волна, распространяющаяся перпендикулярно к ним, то при достижении одной из плоскостей волна полностью отразится от нее. Многократное отражение от обеих плоскостей приводит к образованию волн, распространяющихся в противоположных направлениях и интерферирующих друг с другом. Если расстояние между плоскостями L = nl/2 (l — длина волны, а n — целое число), то интерференция волн приводит к образованию стоячей волны (рис. 1), амплитуда которой при многократном отражении сильно возрастает; в пространстве между плоскостями будет накапливаться электромагнитная энергия, подобно тому, как это происходит при резонансе в колебательном контуре.

  Свободные колебания в О при отсутствии потерь энергии могут существовать неограниченно долгое время. Однако в действительности потери энергии в О неизбежны. Переменное поле индуцирует на внутренних стенках О электрические токи, которые нагревают стенки, что и приводит к потерям энергии (потери на проводимость). Кроме того, если в стенках О есть отверстия, которые пересекают линии тока, то вне О возбуждается электромагнитное поле, что вызывает потери энергии на излучение. Помимо этого, есть потери энергии в диэлектрике (см. Диэлектрические потери) и потери за счет связи с внешними цепями. Отношение энергии, запасенной в О, к суммарным потерям в нем за период колебаний, называется добротностью О Чем выше добротность, тем лучше качество О

  По аналогии с волноводами типы колебаний в О классифицируются по группам в зависимости от того, имеет ли пространственное распределение электромагнитного поля осевые или радиальные (поперечные) компоненты. Колебания типа Н (или ТЕ) имеют осевую компоненту лишь поля; колебания типа Е (или ТМ) обладают осевой компонентой только электрического цоля. Наконец, у колебаний типа ТЕМ ни электрическое, ни поля не имеют осевых компонентов. Примером О, в котором могут возбуждаться колебания ТЕМ-типа, может служить полость между двумя коаксиальными проводящими цилиндрами, ограниченная с торцов плоскими проводящими стенками, перпендикулярными оси цилиндров.

  Наиболее распространенным является цилиндрический О Типы колебаний в цилиндрический О характеризуют 3 индексами т, n, р, соответствующими числу полуволн электрического или поля, укладывающихся по его диаметру, окружности и длине (например, Етпр или Нтпр). Тип колебания (Е или Н) и его индексы определяют структуру электрического и полей в О (рис. 2). Колебание Н011 цилиндрич. О обладает особым свойством: оно безразлично к наличию контакта цилиндрических и торцовых стенок. силовые линии этого колебания направлены так (рис. 2, в), что в стенках О возбуждаются только токи, текущие по окружностям цилиндра. Это позволяет делать неизлучающие щели в боковых и торцовых стенках О

  Кроме цилиндрических О, применяются О другой формы, например в лабораторных устройствах — прямоугольные О (рис. 3, а). Важен О тороидальной формы с емкостным зазором (рис. 3, б), применяемый в качестве колебательной системы клистрона. Особенностью основного типа колебаний такого О является пространственное разделение электрического и полей. Электрическое поле локализуется главным образом в емкостном зазоре, а — в тороидальной полости. Распределение поля в диэлектрическом О при существенном различии в диэлектрической проницаемости диэлектрика и окружающего пространства близко к распределению поля в металлических полых резонаторах той же формы. В отличие от полых О, поле диэлектрических резонаторов проникает в окружающее пространство, однако быстро затухает при удалении от поверхности диэлектрика.

  Металлические полые О изготавливают обычно из металлов с высокой электропроводностью (, и их сплавы) или покрывают полость изнутри слоем или . О с чрезвычайно высокой добротностью получают из сверхпроводящих металлов (см. Криоэлектроника). Настройка О на определенную частоту производится изменением его объема путем перемещения стенок или введения в полость О металлических поршней, пластин и др. настроечных элементов. Связь с внешними цепями осуществляется обычно через отверстия в стенках О, с помощью петель, штырей и др. элементов связи. Для диэлектрических О используются диэлектрики с высокой диэлектрической проницаемостью (рутил, тиганат и др.), имеющие малые диэлектрические потери.

  О широко применяются в технике в качестве колебательных систем генераторов (клистронов, магнетронов и др.), фильтров, эталонов частоты, измерительных контуров, а также различных устройств для исследования твердых, жидких и газообразных веществ. О применимы для частот 109—1011 гц. Для более высоких частот длина волны возбуждаемых в О колебаний становится сравнимой с размерами неизбежных шероховатостей и отверстий в стенках О, что приводит к рассеянию электромагнитной энергии. Эта недостатки устраняются в открытых резонаторах, представляющих собой систему зеркал.

  Лит.: Бройль Л., Электромагнитные волны в волноводах и полых резонаторах, пер. с франц., М., 1948; Вайнштейн Л. А., Электромагнитные волны, М., 1957.

  И. В. Иванов, В. И. Зубков.



Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 27.06.2022 08:09:48