Ремонт принтеров, сканнеров, факсов и остальной офисной техники


назад Оглавление вперед




[5]

Как и в волноводе, в резонаторе существуют Е и Н виды колебаний. Но, как следует из приведенной формулы, резонансная частота зависит только от индексов вида колебаний, а не от типа волны. Например, колебания видов Em и Нш будут происходить на одной и той же частоте. В этом случае говорят, что данные виды колебаний являются вырожденными. Реальная картина поля в резонаторе будет представлять собой коктейль из этих видов. Преобладание колебаний того или иного вида будет связано только с условиями возбуждения.

Ранее была отмечена аналогия между резонатором и колебательным контуром. Но есть существенная разница между видами колебаний в резонаторе и гармониками контура. Природа этих различий кроется в пространственной форме колебаний в резонаторе, в то время как в контуре электромагнитная энергия может двигаться только в одном направлении - вдоль проводника с током. Поэтому гармоники всегда кратны основной частоте, а в резонаторе все определяется соотношением индексов т, п, р, различные сочетания которых позволяют получать большое разнообразие видов колебаний, частоты которых могут располагаться на любом расстоянии от основной частоты. На рис. 1.12а показан спектр резонансных частот для резонатора с поперечными размерами 200x300x400 мм, то есть примерно соответствующим камере микроволновой печи. Как нетрудно заметить, чем дальше мы удаляемся в сторону более высоких частот, тем гуще расположены резонансные частоты. В пределе они сливаются в сплошной спектр. Штриховой линией отмечена рабочая частота микроволновых печей. Несмотря на- то, что непосредственно на рабочей частоте нет ни одного резонанса, в камере они будут возбуждаться в большом количестве. Чтобы понять, каким образом это происходит, необходимо вначале рассмотреть второй основной параметр резонатора - добротность.

I i ц iiqiilii pi

\ Полоса рабочих \ частот

2.44 2.454

Рис. 1.12. Спектр резонансных частот камеры микроволновой печи с поперечными размерами 200x300x400 мм (а), и амплитудно-частотная характеристика резонанса вблизи рабочей частоты (б)

Как уже отмечалось, при резонансе амплитуды электрического и магнитного полей в сотни и тысячи раз превышают амплитуду возбуждающего поля. Максимальное значение амплитуд ограничивается тем, что с ростом напряженности магнитного поля возрастают и токи в стенках резонатора, что приводит к дополнительным потерям. В какой-то момент энергия, теряемая в стенках, сравняется с энергией возбуждения и установится состояние равновесия.

Таким образом, в резонаторе запасается некоторая энергия. Если в этот момент отключить источник возбуждения, то колебания в резонаторе продолжаются относительно долго, (это могут быть сотни периодов), пока вся запасенная энергия не израсходуется на нагрев стенок. Очевидно, чем меньше потери в резонаторе, т.е. чем выше его качество, тем на более высоком уровне ста-


ет из при-не от типа те. В этом попя в ре-"0 ипи ино-

\о есть су-1рода этих

в контуре 1ника с то-ется соот-бопьшое 1НИИ от ос-еречными

печи. Как э расположен отме-а рабочей ве. Чтобы (ной пара-

билизируется амплитуда колебаний и тем дольше они будут происходить после отключения генератора. Для определения качества резонатора абсолютные значения амплитуд и времени затухания непригодны, поскольку они зависят от уровня входного сигнала. Удобнее в качестве характеристики резонатора использовать отношение запасенной энергии к величине подводимой мощности или, что то же самое, к мощности, теряемой в резонаторе за один период колебаний. Это отношение и называется добротностью.

Каждый резонатор способен работать на любой из принадлежащих ему резонансных частот или даже сразу на нескольких. Поскольку потери на разных частотах разные, добротность всегда определяется применительно к какой-то конкретной частоте. Обычно это основная частота, но бывают специфические случаи, когда резонатор возбуждается на более высокочастотных видах колебаний. Как уже упоминалось, микроволновая печь - один из таких случаев.

Чем выше добротность, тем уже полоса частот, в которой возможно возбуждение резонатора, и тем больше амплитуда колебаний электромагнитного поля. Существует простая формула, устанавливающая связь между добротностью и шириной полосы рабочих частот:

где Af - ширина полосы на уровне половинной мощности.

Еспи нет потерь, то возбуждение резонатора возможно только на резонансной частоте. Шаг влево, шаг вправо - гибель для колебаний. Но резонатор без потерь - это некая идеальная абстракция наподобие непогрешимого Иисуса Христа. В реальной жизни потери и грехи всегда есть, хотя они могут быть очень незначительны. Добротность самых высококачественных резонаторов, работающих в условиях сверхпроводимости, может превышать 10 ООО. В большинстве вакуумных приборов СВЧ добротность составляет порядка 1000.

Добротность пустой камеры микроволновой печи на рабочих видах колебаний не превышает 100, поэтому полоса частот, на которой происходит ее возбуждение, более 25 МГц. Следовательно, камера может возбуждаться на видах, которые смещены относительно частоты магнетрона на 12.5 МГц в любую сторону и даже более. В качестве иллюстрации на рис. 1.126 показана амплитудно-частотная характеристика резонанса на частоте 2.44 ГГц. Из рисунка видно, что, несмотря на удаленность резонанса от частоты магнетрона, он будет успешно возбуждаться. То же самое относится и к другим близлежащим видам.

азмерами ючей час-

в сотни и д ограни-х резона-i стенках,

ггключить это могут )чевидно, овне ста-

Замедляющие системы

Работа электровакуумных приборов СВЧ (в том числе магнетронов, используемых в микроволновых печах) основана на взаимодействии потока электронов с электромагнитным полем. Эффективность работы приборов часто зависит от длительности такого взаимодействия. При этом возникает проблема, связанная с тем, что никаким напряжением невозможно разогнать электроны до скорости света, с которой распространяются электромагнитные волны. Но если гора не идет к Магомету, значит, нужно Магомету идти к горе. Для устранения этого несоответствия были созданы различные устройства, которые позволяют либо замедлить распространение электромагнитных волн, пибо создать имитацию их замедления. В качестве простейшей замедляющей системы можно рассматривать волновод с диэлектрическим заполнением.

Однако такое решение не всегда приемлемо из-за относительно высоких потерь и небольшого коэффициента замедления. Например, если требуется замедлить скорость волны в 20 раз, то диэлектрическая проницаемость материала заполнения должна быть более 400. Такими параметрами обладают только сегнетоэлектрики, но они в то же время имеют и самые высокие потери, что исключает их использование. Из используемых на практике замедляющих систем наиболее простой и понятной является "спиральная" (рис. 1.13).

Волна в ней распространяется вдоль изогнутой в виде спирали центральной жилы коаксиального волновода, и поэтому ее фазовая скорость замедляется.

В качестве замедляющей системы могут служить связанные резонаторы, настроенные на одну частоту. Разумеется, если они связаны полем, а не бечевкой перед сдачей в утиль. Связь между резонаторами приводит к тому, что возникновение колебаний в одном из них инициирует колебания в соседних. Если из нескольких резонаторов создать цепочку, то регулировкой связи можно так подобрать фазы колебаний, что электрон, пролетающий вдоль этой цепочки, все время будет находиться в одной и той же фазе.


Рис. 1.14. Замедляющая система в виде цепочки связанных резонаторовстс



[стр.Начало] [стр.1] [стр.2] [стр.3] [стр.4] [стр.5] [стр.6] [стр.7] [стр.8] [стр.9] [стр.10] [стр.11] [стр.12] [стр.13] [стр.14] [стр.15] [стр.16] [стр.17] [стр.18] [стр.19] [стр.20] [стр.21] [стр.22] [стр.23] [стр.24] [стр.25] [стр.26] [стр.27] [стр.28] [стр.29] [стр.30] [стр.31] [стр.32] [стр.33] [стр.34] [стр.35] [стр.36] [стр.37] [стр.38] [стр.39] [стр.40] [стр.41] [стр.42] [стр.43] [стр.44] [стр.45] [стр.46] [стр.47] [стр.48] [стр.49] [стр.50] [стр.51] [стр.52] [стр.53] [стр.54] [стр.55] [стр.56] [стр.57] [стр.58] [стр.59] [стр.60] [стр.61] [стр.62] [стр.63] [стр.64] [стр.65] [стр.66] [стр.67] [стр.68] [стр.69] [стр.70] [стр.71] [стр.72] [стр.73] [стр.74] [стр.75] [стр.76] [стр.77] [стр.78] [стр.79] [стр.80] [стр.81] [стр.82] [стр.83] [стр.84] [стр.85] [стр.86] [стр.87]