Слаботочка Книги

1 2 3 4 5 6 7 8 [9] 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61

Объемные и поверхностные колебания могут существовать в резонаторах любой формы: сферической, эллиптической, в виде диска, стержня, параллелепипеда и др. Однако в азимутально неоднородных ДР (например, в виде параллелепипеда) поверхностные колебания испытывают сильное рассеяние.

Рассмотрим ДР с основными объемными колебаниями в режиме стоячих волн в промежуточной области рассеяния, так как они имеют меньшие размеры и более редкий спектр собственных частот в рабочем диапазоне, а их характеристики менее подвержены влиянию окружающих тел.

Одним из важных признаков классификации ДР является материал, из которого изготовлен ДР (см. гл. 1). Величина диэлектрической проницаемости 8д материала ДР определяет соотношение между внешним и внутренним полями ДР, а следовательно, зависимость частоты и добротности ДР от окружающих предметов, способность ДР включаться во внешние электромагнитные поля и излучать электромагнитные волны в окружающее пространство. ДР можно выполнить из однородного диэлектрика (однородные) или составить из нескольких материалов (неоднородные).

Основными причинами создания неоднородных ДР является улучшение их электрических и эксплуатационных свойств, а также расширение функций, выполняемых ДР в радиоэлектронных устройствах. Неоднородные ДР создаются для повышения температурной стабильности (ДР из двух материалов с противоположной температурной зависимостью диэлектрической проницаемости), для получения электрически управляемых и нелинейных ДР (ДР с параэлектрическим, пьезоэлектрическим или ферромагнитным материалом, а также с полупроводниковыми приборами - транзисторами, диодами и со сверхпроводящими элементами - переходами Джозефсона, СКВИДами).

Форма и соотношения размеров ДР определяют прежде всего спектр собственных частот (тип и частоту основного колебания), структура полей и соотношение между частотами и добротностями различных типов колебаний. Виды ДР показаны на рис. 2.2. Наибольшее распространение получили ДР простейшей формы в виде плоского кругового диэлектрического цилиндра (диска) или прямоугольника в зависимости от технологии их изготовления. Сфероидальные и сферические ДР представляют прежде всего интерес с точки зрения теоретического исследования характеристик резонаторов, поскольку только для них получены строгие аналитические решения. По этой же причине такие резонаторы предпочтительнее применять для определения параметров материалов (диэлектриков) и веществ при измерениях резонансными методами. Достоинством стержневых ДР является разреженный спектр резонансных частот. В нем частота основного электрического типа колебаний удалена на октаву и более от частот высших типов колебаний. Однако добротность основного типа колебаний стержневого ДР ниже, чем у ДР с основным магнитным типом колебаний. Особенностью кубического ДР является наличие трех ортогональных поляри-

Рис. 2.2. Внешний вид ДР с объемными колебаниями в режиме стоячих волн:

а - однородные открытые (эллипсоидальный, сферический, прямоугольный, цилиндрические - дисковый и стержневый, треугольный, кольцевой, кресто- и Т-образный); б - неоднородные открытые (двух-, трех-, многослойные, электрически управляемые с использованием пьезо- и параэлектриков, ферритов н полупроводников); в - экранированные однородные и неоднородные (на подложке полосковой линии, в прямоугольном и круглом волноводах)

зационно-вырожденных типов колебаний, но вместе с тем у него густой спектр собственных частот. Крестообразный и Т-образный резонаторы лишены этого недостатка. Они имеют два (три) основных не связанных между собой (при соблюдении симметрии конструкции) типа колебаний, обладающих одинаковыми добротностями, структурами полей и одинаковыми (по необходимости и различа-

ющимися) резонасными частотами. По сравнению со сферическим ДР, у которого тоже три вырожденных основных типа колебаний, у этих резонаторов высокая поляризационная устойчивость типов колебаний, обеспечивающая высокую развязку между ними.

Третьим важнейшим признаком, по которому целесообразно различать ДР, является наличие в поле ДР металлических элементов поверхностей, а также их вид и степень влияния на характеристики ДР. Металлические элементы вводят в поле ДР для исключения потерь энергии ДР на излучение и для передачи энергии ДР в нужном направлении. По этому признаку ДР можно разделить на излучающие (открытые), энергия которых имеет выход в свободное пространство (антенные элементы), и неизлучающие (экранированные, энергия которых существует внутри какого-то замкнутого пространства (колебательные системы фильтров, генераторов, детекторов и др.). Металлические элементы могут представлять собой замкнутые или незамкнутые поверхности (частично экранирующие) ДР. Наличие металлических поверхностей на одной или нескольких сторонах ДР приводит к сильному изменению частотного спектра ДР. Кроме того, нанесение металла на поверхность ДР сильно снижает собственную добротность и тем сильнее, чем больше диэлектрическая проницаемость материала. Поэтому обычно для ДР с металлическим покрытием применяют материал с е 20. К таким ДР относятся так называемые волноводно-диэлек-трические резонаторы (ВДР) и коаксиальные диэлектрические резонаторы.

Четвертая группа признаков определяется в основном применением ДР в различных СВЧ-устройствах. Так, связь ДР со свободным пространством позволяет создавать на основе ДР миниатюрные частотно-избирательные антенные устройства [25; 20]. При этом величина связи зависит от выбора диэлектрической проницаемости материала, формы и соотношения размеров ДР.

Связь резонаторов с полями различных волноводов (полых, коаксиальных, полосковых и микрополосковых, а также диэлектрических) определяет возможность создания режекторных фильтров на этих волноводах с включением в них ДР. Уровень вносимого затухания и полоса частот заграждения зависят от величины связи, которая в свою очередь определяется 8д, местом расположения ДР в волноводе, формой и соотношением размеров ДР [55].

Связь ДР с проводниковыми элементами (штырем, витком, полувитком, микрополоском и т. п.) используется при создании полосовых фильтров и мультиплексеров, СВЧ-генераторов со стабилизацией частоты ДР и усилителей, модуляторов и детекторов и других СВЧ-устройств в гибридно-интегральном, полосковом и микропо-лосковом исполнениях. Кроме указанных факторов, на величину связи влияют вид и форма, размеры проводниковых элементов и местоположение ДР относительно их.

Связь ДР с полями резонаторов за счет их внешних полей используется при проектировании многозвенных частотно-избира-

1 2 3 4 5 6 7 8 [9] 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61