Что такое объемный резонатор
ОБЪЁМНЫЙ РЕЗОНАТОР
Полезное
Смотреть что такое «ОБЪЁМНЫЙ РЕЗОНАТОР» в других словарях:
Объёмный резонатор — Объёмный резонатор устройство, основанное на явлении резонанса, в котором вследствие граничных условий возможно существование на определенных длинах волн добротных колебаний в виде бегущей или стоячей волны. СВЧ В соответствии с уравнениями … Википедия
объёмный резонатор — ограниченный хорошо проводящими поверхностями объём, внутри которого могут возбуждаться электромагнитные колебания. Обычно объёмный резонатор замкнутая полость, форма и размеры которой определяют частоту колебаний и конфигурацию электрического и … Энциклопедический словарь
объёмный резонатор — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия EN cavity resonatorrhumbatron … Справочник технического переводчика
Объёмный резонатор — колебательная система сверхвысоких частот, аналог колебательного контура (См. Колебательный контур); представляет собой объём, заполненный диэлектриком (См. Диэлектрики) (в большинстве случаев воздухом) и ограниченный проводящей… … Большая советская энциклопедия
объёмный резонатор — tūrinis rezonatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. cavity resonator vok. Hohlraumresonator, m; Hohlresonator, m rus. объёмный резонатор, m; полый резонатор, m pranc. résonateur à cavité, m … Fizikos terminų žodynas
ОБЪЁМНЫЙ РЕЗОНАТОР — ограниченный хорошо проводящими поверхностями объём, внутри к рого могут возбуждаться эл. магн. колебания. Обычно О. р. замкнутая полость, форма и размеры к рой определяют частоту колебаний и конфигурацию электрич. и магн. полей. О. р. бывают… … Естествознание. Энциклопедический словарь
настраиваемый объёмный резонатор — derinamasis tūrinis rezonatorius statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. tunable cavity vok. abstimmbarer Hohlraumresonator, m rus. настраиваемый объёмный резонатор, m; перестраиваемый объёмный резонатор, m pranc. cavité accordable … Radioelektronikos terminų žodynas
перестраиваемый объёмный резонатор — derinamasis tūrinis rezonatorius statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. tunable cavity vok. abstimmbarer Hohlraumresonator, m rus. настраиваемый объёмный резонатор, m; перестраиваемый объёмный резонатор, m pranc. cavité accordable … Radioelektronikos terminų žodynas
настроенный объёмный резонатор — suderintasis tūrinis rezonatorius statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. tuned cavity; tuned resonator vok. abgestimmter Hohlraumresonator, m rus. настроенный объёмный резонатор, m pranc. cavité accordée, f; résonateur accordé, m … Radioelektronikos terminų žodynas
РЕЗОНАТОР — (от лат. resono звучу в ответ, откликаюсь), колебательная система, способная совершать колебания макс. амплитуды (резонировать) при воздействии внеш. силы определ. частоты и формы. В большинстве случаев Р. отзываются на гармонические… … Физическая энциклопедия
Объёмный резонатор
Полезное
Смотреть что такое «Объёмный резонатор» в других словарях:
ОБЪЁМНЫЙ РЕЗОНАТОР — электромагнитный, обычно замкнутая полость с хорошо проводящими стенками, внутри к рой могут существовать свободные эл. магн. колебания. Наиболее распространены О. р. цилиндрич., сферич. и тороидальной формы. Период собственных колебаний T=2p/w… … Физическая энциклопедия
Объёмный резонатор — Объёмный резонатор устройство, основанное на явлении резонанса, в котором вследствие граничных условий возможно существование на определенных длинах волн добротных колебаний в виде бегущей или стоячей волны. СВЧ В соответствии с уравнениями … Википедия
объёмный резонатор — ограниченный хорошо проводящими поверхностями объём, внутри которого могут возбуждаться электромагнитные колебания. Обычно объёмный резонатор замкнутая полость, форма и размеры которой определяют частоту колебаний и конфигурацию электрического и … Энциклопедический словарь
объёмный резонатор — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия EN cavity resonatorrhumbatron … Справочник технического переводчика
объёмный резонатор — tūrinis rezonatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. cavity resonator vok. Hohlraumresonator, m; Hohlresonator, m rus. объёмный резонатор, m; полый резонатор, m pranc. résonateur à cavité, m … Fizikos terminų žodynas
ОБЪЁМНЫЙ РЕЗОНАТОР — ограниченный хорошо проводящими поверхностями объём, внутри к рого могут возбуждаться эл. магн. колебания. Обычно О. р. замкнутая полость, форма и размеры к рой определяют частоту колебаний и конфигурацию электрич. и магн. полей. О. р. бывают… … Естествознание. Энциклопедический словарь
настраиваемый объёмный резонатор — derinamasis tūrinis rezonatorius statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. tunable cavity vok. abstimmbarer Hohlraumresonator, m rus. настраиваемый объёмный резонатор, m; перестраиваемый объёмный резонатор, m pranc. cavité accordable … Radioelektronikos terminų žodynas
перестраиваемый объёмный резонатор — derinamasis tūrinis rezonatorius statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. tunable cavity vok. abstimmbarer Hohlraumresonator, m rus. настраиваемый объёмный резонатор, m; перестраиваемый объёмный резонатор, m pranc. cavité accordable … Radioelektronikos terminų žodynas
настроенный объёмный резонатор — suderintasis tūrinis rezonatorius statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. tuned cavity; tuned resonator vok. abgestimmter Hohlraumresonator, m rus. настроенный объёмный резонатор, m pranc. cavité accordée, f; résonateur accordé, m … Radioelektronikos terminų žodynas
РЕЗОНАТОР — (от лат. resono звучу в ответ, откликаюсь), колебательная система, способная совершать колебания макс. амплитуды (резонировать) при воздействии внеш. силы определ. частоты и формы. В большинстве случаев Р. отзываются на гармонические… … Физическая энциклопедия
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.
Объёмный резонатор
Объёмный резона́тор — устройство, основанное на явлении резонанса, в котором вследствие граничных условий возможно существование на определенных длинах волн добротных колебаний в виде бегущей или стоячей волны.
В соответствии с уравнениями Максвелла переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле, и наоборот. Между электрическим и магнитным полями происходит непрерывный обмен энергией. Если каким-либо образом ограничить некоторый объём пространства отражающими стенками, препятствующими потере энергии из этого объёма за счет излучения, то в этом объёме на некоторых длинах волн, определяемых размерами устройства можно возбудить электромагнитные колебания. Если полый резонатор образован металлическими стенками, то он также часто называется закрытым резонатором. Объёмные СВЧ резонаторы могут быть также заполнены диэлектриком. Существуют также открытые диэлектрические резонаторы, без металлических стенок, в которых волна отражается от границ диэлектрика за счет эффекта полного внутреннего отражения — резонаторы с модами «шепчущей галереи». В связи с тем, что электрические и магнитные поля почти не выходят за пределы границ объёмного резонатора, их добротность чрезвычайно высока (10000 и более).
Акустика
В акустике объёмный резонатор используется для усиления звука. При попадании в резонатор звуковая волна начинает отражаться от его стенок с минимальными потерями (см. стоячая волна) в результате чего увеличивается сила звука.
Ссылки
Полезное
Смотреть что такое «Объёмный резонатор» в других словарях:
ОБЪЁМНЫЙ РЕЗОНАТОР — электромагнитный, обычно замкнутая полость с хорошо проводящими стенками, внутри к рой могут существовать свободные эл. магн. колебания. Наиболее распространены О. р. цилиндрич., сферич. и тороидальной формы. Период собственных колебаний T=2p/w… … Физическая энциклопедия
объёмный резонатор — ограниченный хорошо проводящими поверхностями объём, внутри которого могут возбуждаться электромагнитные колебания. Обычно объёмный резонатор замкнутая полость, форма и размеры которой определяют частоту колебаний и конфигурацию электрического и … Энциклопедический словарь
объёмный резонатор — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999] Тематики электротехника, основные понятия EN cavity resonatorrhumbatron … Справочник технического переводчика
Объёмный резонатор — колебательная система сверхвысоких частот, аналог колебательного контура (См. Колебательный контур); представляет собой объём, заполненный диэлектриком (См. Диэлектрики) (в большинстве случаев воздухом) и ограниченный проводящей… … Большая советская энциклопедия
объёмный резонатор — tūrinis rezonatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. cavity resonator vok. Hohlraumresonator, m; Hohlresonator, m rus. объёмный резонатор, m; полый резонатор, m pranc. résonateur à cavité, m … Fizikos terminų žodynas
ОБЪЁМНЫЙ РЕЗОНАТОР — ограниченный хорошо проводящими поверхностями объём, внутри к рого могут возбуждаться эл. магн. колебания. Обычно О. р. замкнутая полость, форма и размеры к рой определяют частоту колебаний и конфигурацию электрич. и магн. полей. О. р. бывают… … Естествознание. Энциклопедический словарь
настраиваемый объёмный резонатор — derinamasis tūrinis rezonatorius statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. tunable cavity vok. abstimmbarer Hohlraumresonator, m rus. настраиваемый объёмный резонатор, m; перестраиваемый объёмный резонатор, m pranc. cavité accordable … Radioelektronikos terminų žodynas
перестраиваемый объёмный резонатор — derinamasis tūrinis rezonatorius statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. tunable cavity vok. abstimmbarer Hohlraumresonator, m rus. настраиваемый объёмный резонатор, m; перестраиваемый объёмный резонатор, m pranc. cavité accordable … Radioelektronikos terminų žodynas
настроенный объёмный резонатор — suderintasis tūrinis rezonatorius statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. tuned cavity; tuned resonator vok. abgestimmter Hohlraumresonator, m rus. настроенный объёмный резонатор, m pranc. cavité accordée, f; résonateur accordé, m … Radioelektronikos terminų žodynas
РЕЗОНАТОР — (от лат. resono звучу в ответ, откликаюсь), колебательная система, способная совершать колебания макс. амплитуды (резонировать) при воздействии внеш. силы определ. частоты и формы. В большинстве случаев Р. отзываются на гармонические… … Физическая энциклопедия
ОБЪЕМНЫЙ РЕЗОНАТОР
Объемный резонатор — это колебательная сверхвысокочастотная система. Объемный резонатор аналогичен колебательному контуру. Объемный резонатор имеет вид объема, который заполнен воздухом или любым другим диэлектриком. Подобный объем ограничен или пространством с определенными электромагнитными свойствами, или проводящей поверхностью. Полые объемные резонаторы считаются самыми распространенными. Они представляют собой полости, которые ограничены металлическими стенками. Поверхность, ограничивающая объемный резонатор, как правило, произвольной формы. За счет простоты конфигурации электрического и магнитного полей, несложности расчета и изготовления формы поверхности, т. е. по своему практическому распространению ограничивающая поверхность резонатора может быть цилиндрической, прямоугольной, параллелепипедной, сферической и др. форм. Многие объемные резонаторы выступают отрезками диэлектрических или полых волноводов, которые ограничены параллельными плоскостями.
Задача колебаний электромагнитного поля объемного резонатора решается выводом уравнений Максвелла. Для решения уравнений должны быть граничные условия, соответствующие вычислению.
Две параллельные отражающие плоскости возбуждают плоскую волну, перпендикулярную им. Волна, достигая одной из параллельных плоскостей, отражается от нее на другую плоскость. При подобном многократном отражении образуются волны, которые интерферируют, т. е. усиливаются или ослабляются, и распространяются в противоположных друг другу направлениях. При определенном расстоянии между параллельными плоскостями интерференция волн заканчивается формированием стоячей волны. Амплитуда стоячей волны возрастает при многократном отражении от плоскостей. Подобно тому, как в колебательном контуре при резонансе накапливается электромагнитная энергия, в объемном резонаторе электромагнитная энергия накапливается в пространстве между параллельными отражающими плоскостями. Теоретически, если в объемном резонаторе энергия не теряется, свободные колебания могут существовать еще долгое время. Но на практике существование колебаний неограниченное время невозможно, так как потери энергии в объемном резонаторе неизбежны. Потери энергии возникают за счет нагрева электрическими токами, которые индуцирует переменное магнитное поле, внутренних стенок резонатора. При наличии в стенках объемного резонатора отверстий, пересекающих линию тока, вне резонатора возбуждается новое электромагнитное поле. Это новое поле вызывает потерю энергии в резонаторе. Кроме этого, потери энергии возникают из-за связи с внешними цепями, или осуществляются в диэлектриках. В объемном резонаторе существует добротность, представляющая собой отношение энергии всего резонатора к тем потерям, которые происходят в течение периода колебаний. Качество объемного резонатора заметно улучшается, если добротность его находится на высоком уровне.
Объемные резонаторы используются в технике как колебательные системы магнетронов, генераторов, клистронов и т. д., как эталоны частоты, фильтры, измерительные контуры, исследующие устройства жидких, твердых и газообразных веществ.
Колебания объемного резонатора имеют свою классификацию. Группы формируются по следующим признакам: по тем компонентам, которые входят в состав пространственного распределения электромагнитного поля. Компоненты могут быть поперечными (радиальными) и осевыми. В колебаниях резонатора типа ТЕ, а также Н, магнитное поле обладает осевой компонентой. В колебаниях типа ТМ, а также Е, уже электрическое поле имеет осевую компоненту. В колебаниях типа ТЕМ ни магнитное, ни электрическое поля не имеют осевых компонентов. Такие колебания возбуждаются в полости между коаксиальными цилиндрами, ограниченной плоскими проводящими стенками, которые перпендикулярны оси цилиндра.
Одним из самых распространенных объемных резонаторов является цилиндрический резонатор. Колебания в таком резонаторе характеризуются тремя индексами, которые соответствуют числу полуволн магнитного или электрического полей.
Индексы укладываются соответственно диаметру, длине и окружности резонатора. Некоторые типы колебания в объемном цилиндрическом резонаторе не воспринимают контакт торцовых и цилиндрических стенок. Это происходит за счет того, что магнитные линии колебаний движутся в определенном направлении, при котором возбуждаются только токи окружности цилиндра. Щели в торцовых и боковых стенках, благодаря направленности магнитных силовых линий, становятся неизлучающими.
Прямоугольные объемные резонаторы часто используются в лабораторных условиях. В колебательной системе клистрона применяются резонаторы тороидальной формы.
Колебания в подобном резонаторе происходят при разделении в пространстве магнитного и электрического полей. Магнитное поле локализуется в тороидальной полости, а электрическое концентрируется в емкостном зазоре.
Необходимой частотой, при которой может работать объемный генератор, считается частота от 109 до 10й Гц. Высокочастотные волны приводят к рассеиванию электромагнитной энергии, что можно устранить только с помощью системы зеркал открытых резонаторов.
В начале XX в. ученый О. Хевисайд назвал ионосферу Земли объемным резонатором. Полость резонатора заключает в себе человека, оказывает влияние на функционирование его организма. Электромагнитный объемный резонатор, по его утверждению, сформировался благодаря электрической проводимости поверхности Земли и так называемого низкого слоя Хевисайда. В объемном резонаторе существуют волны, которые возбуждаются магнитными процессами на Солнце и молниями.