В радиотехнике самое широкое применение нашел колебательный контур, состоящий из сосредоточенных индуктивности и емкости. Общей чертой всех подобных систем является то, что их геометрические размеры значительно меньше резонансной длины волны.

Уже при переходе к волнам дециметрового диапазона было отмечено резкое падение колебательных свойств, в частности, добротности у колебательных контуров, построенных на сосредоточенных элементах. При- чина этого заключается в следующем. Как известно, для повышения резонансной частоты приходится уменьшать величины индуктивности и емкости контура. Поэтому в пределе от обычного контура переходят к системе, в которой конденсатор представляет собой две пластины, а роль индуктивности играет виток, соединяющий последние (рисунок Рисунок 54 ). Однако при таком переходе существенно уменьшается величина энергии электромагнитного поля, запасаемой в системе. Наряду с этим относительная доля активных потерь в контуре возрастает, что связано, например, с ростом омического сопротивления проводников на высоких частотах из-за поверхностного эффекта. Если к суммарным потерям контура добавить еще те, которые неизбежно возникают ввиду излучения электромагнитной энергии, становится ясным, что добротность колебательной системы падает.

ОБЪЕМНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ

−Переход от колебательного контура с сосредоточенными элементами к тороидальному резонатору

Мера, позволяющая отчасти избежать падения добротности, состоит в том, что индуктивный виток заменяется сплошной металлической поверхностью (рисунок Рисунок 54 ), которую можно рассматривать как предельный случай параллельного включения большого числа отдельных витков. При этом, с одной стороны, уменьшается индуктивность системы, что благоприятно сказывается при продвижении в более высокочастотные области спектра. С другой стороны, величина электромагнитной энергии, запасенной внутри тороидальной полости, значительно больше, чем энергия в одиночном нитке. По этой причине возрастает добротность.

Электромагнитные колебательные системы, представляющие собой замкнутые объемы с проводящими стенками, носят название объемных резонаторов. Сюда относится, в частности, рассмотренный тороидальный объемный резонатор, нашедший по ряду причин широкое применение в технике СВЧ.

Однако даже переход к замкнутым конструкциям типа тороидального объемного резонатора не позволяет успешно разрешить всех трудностей, связанных с построением высокодобротных колебательных систем СВЧ. Дело заключается в том, что подобные системы являются прямыми аналогами обычного колебательного контура и поэтому объем их неизбежно сокращается с повышением резонансной частоты. Как следствие, при этом уменьшается запасенная энергия и падает добротность.

Принципиально другой, более прогрессивный путь создания колебательных систем СВЧ состоит в использовании резонансных свойств отрезков линии передачи с малыми потерями.

Рассмотрим полубесконечную двухпроводную линию, короткозамкнутую на конце, вдоль которой могут распространяться волны типа ТЕМ (рисунок Рисунок 55 ). Как известно, в такой системе установится стоячая волна, причем амплитуда суммарного напряжения ОБЪЕМНЫЕ РЕЗОНАТОРЫбудет определяться граничным условием в точке короткого замыкания:

ОБЪЕМНЫЕ РЕЗОНАТОРЫприОБЪЕМНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ.

ОБЪЕМНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ

−Распределение тока и напряжения в короткозамкнутой линии

Нетрудно видеть, что подобные условия будут выполняться также во всех точках оси ОБЪЕМНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ, удовлетворяющих соотношению

ОБЪЕМНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ

где ОБЪЕМНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ— целое положительное число. Отсюда следует, что если взять замкнутый с обоих концов отрезок линии длинойОБЪЕМНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ, то получим колебательную систему, причем можно показать, что ее частотная характеристика вблизи резонансной частоты будет в точности соответствовать частотной характеристике обычного колебательного контура. Эскиз подобной системы и ее эквивалентная схема представлены на рисунке Рисунок 56 .

Принципиально важно отметить, что рассматриваемая здесь система обладает не сосредоточенными, а распределенными постоянными. Ввиду этого эквивалентную схему следует понимать как условную.

Из последнего уравнения следует, что короткозамкнутый отрезок линии передачи, в отличие от простого колебательного контура, обладает бесконечным множеством резонансных длин волн, определяемых формулой

ОБЪЕМНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ.

Физически это соответствует тому, что вдоль линии могут укладываться одна, две, три и т. д. стоячие полуволны. Подобное свойство характерно для любых колебательных систем с распределенными постоянными.

ОБЪЕМНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ

−Колебательная система, образованная отрезком длинной линии и ее эквивалентная схема

На описанном принципе могут быть созданы объемные резонаторы, представляющие собой короткозамкнутые отрезки прямоугольных или круглых металлических волноводов Отличие таких систем от рассмотренного отрезка двухпроводной линии состоит в следующем:

вследствие частотной дисперсии система резонирует не на кратных частотах;

возможно установление стоячих волн по всем трем координатным осям.

Источники: http://www.studfiles.ru/preview/6319535/page:21/