РефератыАстрономияДоДослідження резонаторів НВЧ

Дослідження резонаторів НВЧ

Університет “Львівська Політехніка”


ДОСЛІДЖЕННЯ РЕЗОНАТОРІВ НВЧ


ВСТУП.


Коливальні системи діапазону НВЧ конструктивно реалізуються у вигляді


областей простору, обмеженого зі всіх сторін металевою оболонкою. Такі коли-


вальні системи дістали назву резонаторів НВЧ. Дана робота знайомить з основ-


ними типами резонаторів НВЧ і дозволяє встановити зв’язок між їх конструктив-


ними і електричними параметрами.


ТЕОРИТИЧНІ ОСНОВИ.


Коливальні системи низькочастотного діапазону будуються на основі елементів із зосередженими параметрами. В найпрстішому випадку, коли коливальна система складається з котушки і конденсатора, її резонансна частота визначається за формулою:


w . /4-1/


З цієї формули випливає, що для підвищення резонансної частоти необхідно зменшувати індуктивність і ємнність елементів. Але це можливо лише до діапа-


зону надвисоких частот. В діапазоні НВЧ індуктивність і ємність провідників, які з’єднують елементи, стає співрозмірною з реактивностями самих елементів або навіть може перевищувати їх . Тому коливальні системии на основі елемен-тів із зосередженими параметрами виявляються неприйнятними для діапазону НВЧ.


Неважко впевнитися в тому, що роль коливальних систем в діапазоні НВЧ


можуть відігравати відрізки ліній передач. дійсно, якщо на вхід корткозамкнутої лінії передач, довжиною l/4, подати електромагнітну хвилю, то в лінії встановлюється режим стоячої хвилі з розподілом струму і напруги, який пока-заний на рис.1:


U I








l/4



рис.1


цей розподіл показує, що на вході лінії ( в площині холостого ходу) зосереджена восновному енергія електричного поля, а в площині короткого замикання – енер-гія магнітного поля. І процес розприділення електромагнітної хвилі від площини


холостого ходу до площини короткого замикання і назад можна розглядати як процес трансформації енергії електричного поля в енергію магнітногоі навпвки. Таким чином, в чвертьхвильовому відрізку лінії передач проходять ті ж процеси,


що і в коливальному контурі, який складається із конденсатора


і котушки.


Оскільки розміри коливальних систем на НВЧ виявляються співрозмірними з довжиною хвиль, то їх належить віднести до нестандартних систем, здатних випромінювати електромагнітні хвилі в навколишній простір. Для того, щоби попередити випромінювання і звязані з ним втрати енергії електромагнітного поля, такі коловальні системи виконують на основі закритих ліній передач, в яких електромагнітне поле екранізовано від навколишнього простору. З цією метою найчастіше використовують відрізки коаксиальних або хвильових ліній передач, і такі коливальні системи носять назву резонаторів НВЧ.


На відміну від низькочастотних коливальних систем, які описуються основ-ною системою параметрів: , , , коливальні системи НВЧ діапазону опису-ються наступними основними параметрами: резонансною довжиною хвилі - .


власною (ненавантаженою) добротністю - і еквівалентною активною провід-ністю - .


Резонансна довжина хвилі залежить від геометрії (розмірів і форми ) резо-натора і параметрів середовища, яке його заповнює.


Власна добротність визначається із відношення:


, / 4-2 /


де -енергія електромагнітного поля, нагромаджена в коливальній системі;


- енергія, що розсіюється в коливальній системі за період коливань.


Оскільки енергія, накопичена в коливальній систепмі, пропорційна її об’­єму, а розсіювана енергія в основному визначається втратами в стінках (при повітря-ному заповненні), то власна добротність виявляється пропорційною величині:


, /4-3/


де – об’єм резонатора;


- площа внутрішньої поверхні резонатора;


- глибина проникнення струму на заданній частоті.


Із останнього співвідношення випливає, що

з точки зору досягнення макси-мальної добротності потрібно вибирати такі форми резонаторів, для яких відно-шення було б найбільшим.


Порівняння низькочастотних і НВЧ коливальних систем по добротності


показує, що останні володіють більшою добротністю, яка зазвичай лежить в ме-


жах . Це пояснюється тим, що джерелами втрат в низькочастотних


контурах являються провідники і сердечники котушок, поля розсіювання і діе-лектрики конденсаторів. В той час як в НВЧ резонаторах джерелами втрат явля-ються лишеїх стінки (втрати на випромінювання відсутні,так як системи явля-ються замкнутими, а втрати при використанні повітряного заповнення - незнач-ні).


З метою зниження втрат в стінках їх обробляють по високому класу час-тоти (переважно Ñ8 - Ñ12) і застосовують антикорозійні покриття.


І, нарешті, третім основним параметром резонатора є еквівалентна актив-на провідність. Її визначають як зосереджену активну провідність, в якій розсію-ється потужність, рівна потужності втрат в резонаторі, якщо до клем цієї провід-


ності прикласти високочастотну напругу, яка рівна напрузі в заданій площині резонатора :


. /4-3/


Еквівалентна провідність на відміну від резонансної довжини хвилі і власної добротності є параметром неінваріантним, тобто, залежним від площини відліку.


Це являється наслідком співрозмірності геометричних розмірів резонатора і дов-


жини хвилі. (рис.1).


Якщо резонатор включається в тракт НВЧ, то в цьому випадку приходиться


вводити додаткові павраметри, які характеризують зв’язок резонатора з трактом.


Так, наприклад, якщо резонатор включений по схемі активного двоподюсника


/рис.2/, то його зв’язок з навантаженням характеризують параметрами наванта-


жена // і // зовнішня добротності, які визначаються із:


, /4-4/


/4-5/


-енергія, накопичена в резонаторі;


- сумарна енергія, що розсіюється в резонаторі і навантажені за період;


-енергія, яка розсіюється в навантаженні за період.


Не важко впевнетися в тому, що параметри власна, навантажена і зовнішня доб-ротності зв’язуються одна з одною наступним співвідношенням:


. /4-6/


P






Н




Yc


Рис.2


Використовуючи представлення резонатора у вигляді еквівалентного пара-лельного коливального контура параметри добротності можна записати у вигляді:


, /4-7/


, /4-8/


, /4-9/


де - резонансна частота;


- приведена вхідна провідність резонатора;


- приведена провідність навантаження, трансформована до входу резо-


натора;


- крутизна характеристики реактивної провідності в області резонансу.


Неважко впевнитися в тому, що співвідношення між добротностями задо-


вільняють наступним нерівностям: , і залежать від величини зв яз-


ку резонатора з навантаженням.


ККД при передачі енергії з резонатора в навантаження можна визначити з:


, /4-10/


або


.


Розглянутий випадок на практиці зустрічається у вигляді резонатора, який входить в склад електронног приладу, який генерує коливання НВЧ.


Якщо резонатор включений по схемі пасивного двохполюсника /рис.3/, то


параметри , , можна використовувати для визначення режиму роботи


НВЧ тракту.


З якісно нової точки зору положення заключається в наступному. Нехай


tлектромагнітна хвиля, яка поступає з узгодженого генератора в лінію передачі


//, частково проходить в резонатор через отвір зв’язку, а частково відбивається від стінки діафрагми. Проникаючи через отвір зв’язку, хвиля відби-вається від другої стінки резонатора і частково проходить через отвір в лінію пе-


редачі, а частково відбивається назад в резонатор.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Дослідження резонаторів НВЧ

Слов:997
Символов:8438
Размер:16.48 Кб.