ОБЪЕМНЫЕ РЕЗОНАТОРЫ
Колебательные системы в виде резонансных линий являются основными для дециметровых волн, но на сантиметровых волнах длина линии получается такого же порядка, как ее диаметр, и о линии вообще уже говорить нельзя. Даже на наиболее коротких дециметровых волнах (10-30 см) применение резонансны линий часто становится неудобным.
Основным типом колебательных систем для сантиметровых волн (и отчасти для дециметровых) являются объемные резонаторы, предложенные советским ученым М. С. Нейманом в 1939—1940 гг.Х). Теория работы и расчета объемных резонаторов была развита в трудах М. С. Неймана, Г. В. Кисунько и ряда других ученых.
На рис.1 показан переход от контура с сосредоточенными параметрами к объемному резонатору. Пусть контур обычного типа имеет емкость в виде конденсатора С, образованного двумя круглыми пластинками, и индуктивность в виде прямоугольного витка L1 (рис.1 а). Как известно, качество такого контура на свч получается весьма низким. Если подключить к конденсатору параллельно несколько витков (рис.1 6), то индуктивность и активное сопротивление уменьшается. В результате этого повысятся собственная частота контура fо и его добротность Q.
Например, если включить 25 витков, то индуктивность уменьшится в 25 раз, а частота увеличится в 5 раз, так как
характеристическое сопротивление контура уменьшится в 5 раз, что следует из формулы
а активное сопротивление контура r уменьшится в 25 раз (если считать его сосредоточенным только в витках).
Поэтому качество контура, равное ρ/r возрастет в 5 раз. Увеличивая число витков, присоединяемых к конденсатору С, придем к случаю,, когда все витки сольются в одну общую замкнутую металлическую поверхность (рис.1 б). Если для этого надо N витков, то на основании приведенного выше примера можно считать, что резонансная частота и качество контура возрастут в (корень) из N раз.
Таким образом, колебательный контур превратился в закрытую металлическую коробку цилиндрической формы, представляющую собой объемный резонатор. При этом в действительности качество контура возрастает не в (корень) из N раз, а гораздо больше вследствие того, что замкнутая металлическая поверхность является хорошим экраном, и поэтому электромагнитное поле существует только внутри резонатора.
Объемный резонатор подобно «аксиальной резонансной линии представляет собой экранированную колебательную систему, в которой отсутствуют потери на излучение и нет внешнего поля, способного создать паразитные связи с другими цепями. Кроме того, в объемном резонаторе нет потерь в твердых диэлектриках и активное сопротивление стенок резонатора очень мало благодаря их большой поверхности. В результате всего этого, если от резонатора не отбирается энергия, то его качество может доходить до десятков тысяч. Удобно также то, что наружная поверхность объемного резонатора имеет нулевой потенциал и не несет на себе токов. Поэтому объемные резонаторы могут монтироваться без изоляции.
Колебательный процесс в резонаторе, по существу, представляет собой стоячие электромагнитные волны, возникшие благодаря отражению волн от стенок резонатора. На рис.2 показаны силовые линии электрического и магнитного полей в цилиндрическом резонаторе, являющемся одним из простейших по своей конструкции. Электрические силовые линии идут от одного основания цилиндра к другому, а магнитные силовые линии в виде концентрических колец окружают электрическое поле. Такая структура поля является простейшей, но в объемных резонаторах могут существовать колебания и других видов, имеющие различную структуру поля.
Исторически одним из первых был тороидальный резонатор (рис.3 а). Электрическое поле в нем сосредоточено главным образом в средней части между двумя дисками, а магнитные силовые линии расположены кольцами вокруг электрического поля. Однако резонатор по рис.3 а, сложен в изготовлении, и в настоящее время резонаторы такого типа делаются иной формы. Наиболее распространены тороидальные резонаторы, показанные на рис.3 б и в, называемые иначе коаксиальными.
Действительно резонатор (рис.3 в) составлен из двух коаксиальных цилиндров и напоминает коаксиальную линию, короткозамннутую на одном конце, и имеющую некоторую емкость на другом конце. Но все же его нельзя назвать линией, так как он имеет размеры внутренней полости одного порядка в радиальном и осевом направлениях, а у линии длина должна быть значительно больше разности радиусов. Конечно, резкой границы между коаксиальным объемным резонатором и коаксиальной линией провести нельзя. Если у коаксиального объемного резонатора увеличить отношение высоты h к радиальному размеру r2 — r1 то он постепенно превратится в коаксиальную линию.
В некоторых случаях применяются резонаторы, подобные изображенным на рис.3 б к в, но имеющие размер r2 —r1, значительно больше высоты h. Их называют резонаторами типа радиальной линии. Иногда применяются объемные резонаторы прямоугольной формы (в виде параллелепипеда). Возможно устройство резонаторов и многих других форм.
Объемный резонатор в отличие от обычного контура имеет не одну собственную частоту, а множество резонансных частот. Это свойство характерно для колебательных систем с распределенными параметрами, и мы уже встречались с ним, рассматривая резонансные линии. У линий резонанс на той или иной гармонике определяется числом четвертей или половин волны, укладывающихся вдоль линии.
В объемных резонаторах различное число стоячих волн может укладываться не в одном направлении, а вдоль любого из трех размеров. Так как эти размеры могут находиться между собой в любом соотношении, то резонансные частоты объемного резонатора нельзя назвать гармониками. Они не обязательно в целое число раз больше основной частоты.
Прямоугольный или цилиндрический объемный резонатор можно рассматривать как короткий волновод, закрытый с обоих концов металлическими стенками. Вдоль него бегущие волны распространяться не могут, и поэтому режим стоячих волн получится не только в поперечном сечении, но и в продольном направлении. Резонанс будет наблюдаться на частотах, для которых вдоль волновода укладывается целое число полуволн.
Для простейшего типа колебаний, характерно то, что собственная частота не зависит от высоты резонатора h, а определяется только его диаметром D:
Возможно также возбуждение других колебаний высших порядков, частоты которых в большинстве случаев не кратны основной (наинизшей) частоте. Получение в резонаторе колебаний того или иного типа зависит от частоты возбуждающих резонатор внешних колебаний и от способа возбуждения, т. е. от того, какое устройство применяется для возбуждения. Колебания высших порядков обычно на практике не используются. Однако они могут возникнуть как вредные (паразитные) колебaния.
Устройства для связи объемных резонаторов с другими целями, в частности с другими резонаторами, осуществляются так же, как и в волноводах. Элементы связи служат либо для возбуждения колебаний в резонаторах, либо для отбора от них энергии.
Источник
Тема: Технология изготовления коаксиального резонатора из консервной банки
Опции темы
Поиск по теме
Технология изготовления коаксиального резонатора из консервной банки
Добрый день,
Во многих публикациях о коаксиальных резонаторах для начинающих пишут
— вы, типа, можете сделать для поиграться резонатор из кофейной банки согласно прилагаемому рисунку.
Мне вот не особо технология понятна
— как впаять центральную трубу?
— как впаять петли связи?
— как припаять петли к разъёмам? Специальный удлиннённый паяльник городить?
— как прорезать отверстия в тонкой жести?
У кого есть опыт изготовления? Хочу сделать именно для поиграться на 145 МГц
Делал, пару, на 430, из дюралевой трубы (мм так 60), с торцов две пластины стянутые шпильками М6, внутри впрессована трубка по тоньше и два рзъема с петлями связи, внутри трубки -другая, с трением, как телескоп, для настройки. Всё просто и быстро. Инструменты-болгарка, дрель, напильник, молоток, паяльник.
Есть фирменный дуплексер, сравнивал, не почувствовал, что он сильно лучше.
Делал на 446МГц из жестяной банки для сыпучих продуктов. (Как на фото, только у меня квадратная банка была) Полоса около 5МГц получилась.
Трубку резонатора делал из тонкого листа меди. (На работе была — попросил кусок). Конец, который крепится, распустил ромашкой и припаялся напрямую к крышке.
Петли связи из того-же листа меди делал, напаивая полоску на разъём. Всё делается не на банке, а на крышке.
Собственно, ничего сложного нет. Слесарка в основном. Главное — нужен прибор что бы настроить банку.
Резонанс строил, напаяв к концу резонатору полоску и отрезая постепенно полоску от резонатора ножницами. КСВ строится пРоворотом разъёмов с петлёй, подбирая размер петли и приближение её к резонатору.
Глаза боятся — руки делают!
Последний раз редактировалось DerBear; 29.08.2016 в 14:09 .
Я бы не стал играться с банками, очень важна механическая прочность, очень хорошо это видно когда фильтр режекторный — ВСЁ плывёт.
R3DE, вы абсолютно правы!
Я делал фильтр-полосовик на резонаторе первый раз и сильно не запаривался об эстетическом виде и долговременных параметрах. Тоже не знал сначала с какой стороны взяться за конструкцию. Купил банку что была в ближайшем хоз.маге, обсчитал немного её и начал делать.
Фильтр стоял дома рядом со станцией и шибко не плыл. Потом, я пробовал термоиспытания проводить. Да, из печки при +60 и в морозилке 0. -5 резонанс и КСВ уходил, но для полосовика в 5МГц, думаю, это не фатально. Фильтр проработал года полтора, потом разобрал — экстренно понадобились разъёмы.
Красота такого фильтра в полностью 2-х направленной конструкции (RX\TX).
Для приёмника потом делал фильтр не в банке, а из фольгированного стеклотекстолита и трубки. Полоса 10МГц получилась.
Последний раз редактировалось DerBear; 29.08.2016 в 16:36 .
Источник
Резонатор с изюминкой, о которой не знают физики
Для исследования физической картины микромира приходится строить циклопические
сооружения. Этот тренд захватил и исследования нейтрино.
Расскажу о возможности создания в небольшом резонаторе электромагнитного поля, похожего на структуру поля в одной из теоретических моделей нейтрино.
Эта модель представляет нейтрино в виде анаполя или тороидного диполя. Картина силовых
линий поля в такой модели (http://victorpetrov.ru/author/admin) в чем-то похожа на картину
силовых линий тороидального трансформатора. Но анаполь статичен, то есть производные
напряженностей поля по времени у него равны нулю. Это означает, что осцилляций между
магнитной и электрической энергиями не происходит.
Еще важнее то, что пучности стоячих волн в треугольном резонаторе имеют тороидную
форму и поперечные размеры порядка длины волны. Более узкая локализация энергии
монохроматического электромагнитного излучения невозможна в принципе.
Насколько мне известно, возможность локализации электромагнитной энергии в тороидных
стоячих волнах с помощью треугольного резонатора до сих пор не рассматривалась, поэтому
приведу более подробно элементарные выкладки, показывающие, как в таком резонаторе
может появляться тороидная структура поля стоячей волны.
Как видно из рисунка 1, равенство набега электромагнитных волн, идущих по ломаным
путям между зеркалами А, В и С, обеспечивает одинаковый фазовый набег по всей ширине
волнового фронта трех плоских волн. Соответственно, если высота L кратна числу полуволн,
то в резонаторе могут существовать три стоячие плоские волны, сходящиеся под углом 120
градусов. Диаграмма волновых векторов пучков, образующих эти стоячие волны показана на
рисунке 2.
В плоской стоячей волне на поверхности зеркал напряженность электрического поля равна
нулю, а напряженность магнитного поля максимальна. Если поместить начало координат в
центр пучности магнитной компоненты стоячего поля, где три плоские стоячие волны
должны сходиться в одной фазе, то суммарная напряженность магнитного поля в любой
точке над плоскостью х, у определяется формулами, показанными на рисунке 3. Там же
показано распределение напряженности суммарного магнитного поля, которое описывается
этими формулами. Это распределение построено с помощью сервиса grafikus.ru.
Как видно из представленных распределений электрического и магнитного поля, при
суммировании трех синхронных стоячих волн, идущих под углом 120 градусов, возникает
осесимметричная стоячая волна.
В соответствии с уравнениями Максвелла для свободного пространства, векторные
компоненты поля с точностью до постоянных коэффициентов связаны соотношением:
Поэтому, если магнитное поле распределено в пространстве и изменяется во времени в
соответствии с формулами, приведенными на рисунке 3, то электрическое поле будет иметь
кольцевую структуру, придавая тороидную форму пучностям стоячего электромагнитного
поля. Условная картина силовых линий электромагнитного поля, локализованного в
пучностях тороидной стоячей волны, показана на рисунке 4.
В треугольном резонаторе пучности расположены в узлах треугольной сетки,
показанной на рисунке 5.
Линии, образующие сетку идут параллельно зеркалам с шагом, равным длине волны. Если
высота L равностороннего треугольника, образованного зеркалами A, B и C, кратна длине
волны, то из любого узла сетки фазовый набег до нормального отражения от поверхности
любого зеркала будет равен целому числу волн. Это обеспечивает в узловых точках
максимум напряженности магнитного поля трех пересекающихся стоячих волн и создает
условия для локализации электромагнитной энергии в виде тороидных пучностей.
В реальном резонаторе возбуждается целый ряд близких по длине волны мод, которые
размазывают показанную треугольную сетку. То есть, в окрестности узловых точек может
существовать ансамбль тороидных мод. В этом ансамбле, в принципе, могут в какие-то
моменты времени доминировать пары, в которых тороидные пучности сдвинуты по фазе на
четверть длины волны, когда максимум электрической энергии одной тороидной пучности
приходится на максимум магнитной энергии другой близко расположенной пучности. В эти
моменты соответствующие производные обнуляются и нельзя исключить вероятность
замораживания поля в этом состоянии и превращения его, хотя бы на короткое время, в
подобие статического анаполя.
Так, что тороидные пучности треугольного резонатора можно считать его изюминами,
которые до сих пор не рассматривались физиками и их свойства не исследовались ни
теоретически, ни практически. Тем более, что практическое исследование не требует
значительных материальных затрат.
Возбуждение треугольного резонатора возможно по объемной, или по свернутой кольцевой
схемам, показанным на рисунке 6.
При возбуждении по объемной схеме могут быть использованы три одинаковых активных
лазерных стержня прямоугольной формы. На свободные торцы стержней наносят
отражающее покрытие, а на обращенные друг к другу торцы наносят селективное покрытие.
Оно должно пропускать нормально падающее излучение и отражать наклонные лучи.
При возбуждении по кольцевой схеме лазерный стержень АЕ должен располагаться так,
чтобы прямой и обратный кольцевые лучи пересекали сами себя в одной фазе в центре
резонатора.
В заключение отмечу, что этот пост основан на материалах патентной заявки.
Источник
