Материал: Электромагнитные волны и колебания в устройствах СВЧ. Филатов И.А
|
|
|
|
|
2 r |
|
|
|||
p |
2 LC R |
, |
|
|||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
R |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
d (1 |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
r |
|
|
||
которое дает лишь приближенное значение |
|
р , так как |
||||||||
предполагается резкое разделение электрического и магнитного полей. Более строгий электродинамический расчет
при малых значениях |
2R |
приводит к формуле |
|
r |
|||
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
2 r(1 |
a) |
, |
|
|
|
|
|
p |
|
R |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
d (1 |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
r |
|
|
где a 1,46 |
d |
lg |
2R |
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
r |
d |
|
|
|
|
|
|
||
Добротность тороидального резонатора определяется по отношению реактивного сопротивления к активному сопротивлению потерь. При учете потерь лишь в дисках и торе формула для добротности медного резонатора с тором круглого сечения принимает вид:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 d |
104 |
|
||
16,5R |
p |
|
||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
r R |
|
||||||
Q |
|
|
|
|
|
. |
||||
r(1 |
4 |
R |
) |
|||||||
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
r |
R |
|
|||
В приведенных формулах все линейные размеры и длина волны должны быть выражены в сантиметрах.
Соотношения, аналогичные рассмотренным, могут быть написаны и для резонаторов с тором прямоугольного сечения.
При проектировании полых объемных резонаторов, в том числе и тороидальных, широко используют законы подобия, на основании которых линейные размеры резонаторов, имеющих одинаковую форму и вид колебаний, относятся как их длины волн, а их добротности и резонансные сопротивления как корень квадратный из отношения длин волн. В результате возможен простой пересчет на другой
103
диапазон частот параметров ранее разработанного и испытанного резонатора.
5.6. Колебания в резонаторах эхокамер
Эхокамера представляет собой колебательную систему и предназначена для контроля работы радиолокационных станций.
Одними из наиболее важных параметров эхокамеры являются время звучания 
, определяющее величину засветки на экранах индикаторных устройств, и чувствительность, выражаемая изменением временем звучания 
при изменении подводимой к эхокамере мощности р .
Добротность объемного резонатора эхокамеры и ее чувствительность определяются по формулам:
Q |
f p |
|
; |
N |
|
|
, |
|
f |
P |
|||||||
|
|
|
|
|||||
где f p - резонансная частота |
|
эхокамеры, а |
f - ее полоса |
|||||
пропускания.
При разработке эхокамеры основной задачей является создание резонатора с возможно большей чистотой типа колебаний, т.е. в резонаторе должны отсутствовать или сведены к минимуму резонансы на волнах, отличных от вида выбранного колебания. В то же время необходимо обеспечить получение нужной добротности эхокамеры. Достижение чистоты колебаний и высокой добротности можно получить путем рационального выбора рабочего типа колебаний.
С этой точки зрения, как показывает анализ, целесообразнее всего использовать цилиндрический резонатор с колебанием типа Hопр , причем наиболее оптимальным будет
колебание вида H 01 p , так как при нем возбуждается в
резонаторе меньшее число нежелательных (помеховых) колебаний, поскольку n nmin 1. Для сравнения отметим, что
104
при |
H 01 p возникает |
(если не принять специальных мер) |
|||
четыре типа помеховых колебаний: H11 p , H 21 p , E01 p |
и E11p , а |
||||
при |
H 02 p ,кроме этих, |
|
возникает еще 10 типов колебаний: |
||
H01p , H31p , H41p , H12 p , H51p , H22 p , E21p , E02 p , E31p , E12 p . |
|
||||
|
Колебания |
в |
резонаторе |
эхокамеры |
носят |
затухающий характер, так как время звучания 
составляет порядка 10-20 мксек, а интервал между возбуждениями эхокамеры, определяемый частотой следования импульсов передатчика, обычно не менее 200 мксек.
Амплитуда колебаний в резонаторе затухает по экспоненциальному закону
U U0e t , |
(5.13) |
где U 0 - начальная амплитуда;
-коэффициент затухания.
Добротность резонатора связана с зависимостью
|
|
|
|
Q |
|
|
f p |
. |
|
|
Из (5.13) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
2,3(lgU 0 |
|
lgU ) |
, |
|
||
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
f p t |
|
. |
|
|
|
|
|
|
(5.14) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2,3(lgU0 |
lgU ) |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Напряжение |
U 0 |
определяется |
энергией, |
|||||||
просачивающейся в приемник радиолокационной станции через разрядник защиты.
Напряжение U определяется чувствительностью приемника.
Формула (5.14) может быть преобразована к виду
105
|
f p t |
|
|||
Q |
|
, |
(5.15) |
||
|
|||||
|
1,15lg |
Pпр |
|
||
|
Pчув |
|
|
|
|
где Рпр |
- мощность, просачивающаяся через |
разрядник в |
|||
приемник; Рчув - чувствительность приемника.
Из (5.15) чувствительность эхокамеры будет равна
N 5,5 |
Q |
, |
|
f р |
|||
|
|
где f р выражена в мегагерцах, а N- в м/дБ.
106
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Техника сверхвысоких частот, в том числе и техника
дециметровых и сантиметровых волн, является одной из самых важных частей радиоэлектроники. В течение длительного периода времени техника СВЧ находила основное применение в радиолокации; затем область ее использования существенно расширилась. С волноводнорезонаторной аппаратурой приходится встречаться в самых различных отраслях народного хозяйства, таких, как: космическая радиоэлектроника, навигация, радиорелейная и многоканальная импульсная связь, атомная физика, медицина, биология, телевидение, радиоастрономия, сельское хозяйство и др.
Работа по усовершенствованию волноводных систем ведется постоянно. Перспективным, безусловно, является направление, связанное с миниатюризацией и микроминиатюризацией всех узлов СВЧ устройств. В этом отношении определенные успехи достигнуты с использованием полосковых линий. Наряду с этим продолжаются теоретические и экспериментальные поиски новых типов передающих линий СВЧ с применением новых синтетических диэлектриков, обладающих высокой диэлектрической проницаемостью и весьма незначительными потерями на СВЧ.
Большое внимание уделяется созданию новых волноводных цепей, в особенности многополюсных устройств, на базе существующих типов волноводов.
Проблемными еще остаются и вопросы создания высокодобротных колебательных систем СВЧ, особенно на миллиметровых и субмиллиметровых волнах.
В связи с изложенным изучение, исследование и разработка волноводно-резонаторных устройств актуальны и по сей день.
Настоящее учебное пособие дополняет лекционный материал по курсу «Техническая электродинамика».
107