Файл: Негурей, А. В. Конструкции и техника СВЧ учебное пособие.pdf

'чтопри изменении линейных размеров различных элементов конструкции резонатора его объем остается постоянным, либо в том, что одновременно с объемом резонатора не­ сколько меняется его форма или диэлектрическая проницае­ мость заполняющей среды, в результате чего резонансная ча­ стота удерживается неизменной.

§7. Элементы настройки и связи резонатора

Впроектирование резонатора входит выбор метода наст­ ройки, что тесно связано с выбором формы резонатора и рабо­ чего типа колебаний. Основные при этом следующие условия:

1)требуемый диапазон перестройки резонатора;

2)характер зависимости между изменением резонансной частоты и перемещением элементов настройки;

3)минимально допустимая крутизна изменения резонанс­

ной частоты;

4)допустимая величина уменьшения добротности из-за наличия потерь в элементах настройки и допустимая степень изменения добротности при перестройке по диапазону;

5)допустимая степень искажения поля резонатора, воз­ можность возникновения побочных типов колебаний, умень­ шение электрической прочности резонатора;

6)удобство конструктивного согласования элементов на­ стройки и резонатора выбранного типа и конструкции;

7)частота и общее ожидаемое количество перестроек за

все время эксплуатации.

Конструкция элементов настройки [4], [И] определяется

создают меньшие потери энергии чем элементы, имеющие скользящий контакт с проводящей поверхностью резонатора. К бесконтактным элементам относятся, например, дисковый плунжер цилиндрического резонатора с колебаниями TEoip, диэлектрические «плунжеры», металлическое кольцо в коак­ сиальном резонаторе, окружающее внутренний проводник и перемещаемое вдоль оси резонатора, Z-образный плунжер и другие.

Кроме повышенных потерь, контактные элементы на­ стройки имеют другие существенные недостатки, например — давление, оказываемое на токонесущую поверхность резона­ тора, приводит при перестройках к механическому износу лроводящего слоя этой поверхности и самих элементов на­

39

стройки, т. е. к увеличению контактного сопротивления,, па­ дению добротности и возможности окисления поврежденных, поверхностей;

— переходное сопротивление не остается постоянным:

впроцессе одной перестройки резонатора;

—плавная перестройка резонатора затруднена, особенно при износе контактных поверхностей;

—в резонаторах большой мощности возможен перегрев, контактных соединений, что приводит к их скорейшему раз­

рушению.

Однако контактные элементы настройки находят доста­ точно широкое применение, например в редко перестраиваю­ щихся резонаторах, в силу простоты расчета градуировочной, кривой и механизмов, направляющих движение контактных элементов. Влияние качества контактов на работу резона­ тора может быть уменьшено путем расположения контактов в местах минимальных контурных токов СВЧ либо примене­ нием плунжеров с трансформацией контактного сопротивле­ ния. При конструировании контактных элементов особое вни­ мание уделяется повышению их износостойкости и обеспече­ нию необходимой величины контактного давления.

При проектировании резонаторов важен вопрос о возбу­ ждении и отводе энергии к нагрузке. Тип связи и конструк­ ция соответствующих элементов зависит от типа резонатора,, диапазона волн и типа линии передачи, связанной с резона­ тором. Связь резонатора с источником колебаний может осу­ ществляться с помощью

—отверстий в стенке резонатора, соединяющих его объем

сдругим объемом, где колебания уже возбуждены;

—системы проводников, помещаемых в резонатор и пи­ таемых каким-либо СВЧ генератором;

—электронного потока, меняющего свою плотность во времени.

Задача о возбуждении отверстиями вынужденных колеба­ ний в резонаторе решается, если известно собственное поле резонатора и возбуждающее поле в плоскости отверстия. При этом связь определяется степенью совпадения полей ре­ зонатора и отверстия, что выявляется при рассмотрении гра­ ничных условий. При таком расчете считается, что отверстия малы относительно длины волны и не создают искажений поля резонатора, что они расположены в тонком и плоском проводящем экране. В реальных конструкциях эти условия

•выполняются только приближенно, что вносит погрешности:

40

в расчет и может явиться причиной возникновения паразит­ ных колебаний в резонаторе.

Возбуждающие проводники вводятся в объем резонатора через отверстия в его стенках и по форме представляют обычно штырь либо петлю с размерами, значительно меньшими длины волны. Последнее обстоятельство позволяет предполо­ жить линейное распределение токов по длине штыря и вос­ пользоваться теорией излучения штыревых антенн. Малость размеров возбуждающей петли определяет постоянство тока по всей длине ее проводника, что также упрощает теорию. Эффективность возбуждения колебаний штырем зависит от степени его совпадения с силовыми линиями электрического поля резонатора и расположения штыря относительно пучно-

сти поля. Эффективность возбуждения петлей зависит от ве­ личины магнитного потока поля резонатора, пересекающего плоскость петли. Поэтому величина связи может регулиро­ ваться как выбором места включения петли относительно маг­ нитного поля резонатора, так и поворотом плоскости петли относительно силовых линий магнитного поля.

В сантиметровом и миллиметровом диапазонах приме­ няется дифракционная связь отверстием, а также связь шты­ рем. В дециметровом диапазоне более удобными в конструк­ тивном отношении являются штырь и петля [11]. Для примера в табл. 2 дана краткая сравнительная характеристика видов связи, применяемых в коаксиальных резонаторах дециметро­ вого диапазона, а на рис. 12 и 13 приведены примеры конст­ рукций соответствующих элементов связи.

П р и м е р 5. Необходимо сконструировать резонатор ши­ рокодиапазонного волномера, предназначенного для измере­ ния длины волны СВЧ генераторов в диапазоне волн от

■Ямин = 4 до Ямакс=Ю см (коэффициент перекрытия -^— =2,5. ^МИН

41