Эволюция электромагнитных колебательных систем

Самым распространённым элементом радиотехнических схем является колебательный контур, образованный параллельным соединением индуктивности и ёмкости.

Характерная особенность колебательных контуров, заключается в том, что размеры L и C, много меньше реальной длины волны.

 

Рисунок 25 – Рисунок 26 – Рисунок 27 –

Колебательный контур. К.К. из ёмкости. О.Р. локальными стенками

 

Недостаток контура низкая добротность, связанная с уменьшением энергии электромагнитного поля в такой системе с увеличением активных потерь обусловленных поверхностным эффектом и с потерями на излучение.

Возрастает запасенная энергия, уменьшаются потери. В таких объемных резонаторах сохранены конструктивные особенности присущие системам с сосредоточенными параметрами (можно выделить L и C).

С ростом частоты, L и C уменьшаются, и в пределе получают контур как на рисунке 26. Он вырождается в утилитарную конструкцию, в которой роль емкости играют две металлические пластины, а роль индуктивности – проводник соединяющий их. Это характерное преобразование для волн сантиметрового диапазона. Добротность таких контуров достаточно низка. Причина этого в следующем, малая величина LC элементов, приводит к снижению энергии, запасённой в таком контуре.

Вследствие поверхностного эффекта, увеличиваются потери в проводниках. . Сильно возрастают потери на излучении. Возможен следующий путь увеличения добротности на ВЧ. Как показано на рисунке 26, вследствие параллельного соединения элементов, увеличивается резонансная частота.

 

 

Отсюда мы получим конструкцию как на рисунке 27.

Получим локальный объём, ограниченный локальными стенками.

Колебательная система, ограничивающая себя проводящими, локальными стенками называют объёмным резонатором.

Этот подход обладает недостатками, которые присущи колебательным системам с сосредоточенными параметрами.

С ростом частоты, объём колебательной системы уменьшается , снижается добротность. С ростом частоты возрастают технологические трудности реализации подобных систем.

Рассмотрим более прогрессивный способ реализации подобных систем, с использованием структур с распределёнными параметрами. Рассмотрим реализацию колебательной системы из отрезков линии передач.

Рассмотрим КЗ двухпроводную линию.

В такой линии режим КЗ. Режим КЗ, будет повторяться в точках, которым удовлетворяют следующие соотношения.

 

 

 

 

Рисунок 28 – Режим КЗ двухпроводной линии

 

,

 

 

 

 

Рисунок 29 – Режим КЗ в колебательном контуре

 

В частности, если взять линию КЗ с двух сторон, то, в ней будет колебательный процесс. Причём, его частные параметры:

Характерная особенность таких колебательных систем, что они могут резонировать на множестве частот. Вдоль такой колебательной системы, должно укладываться целое число полуволн.

Мы рассмотрели колебательную систему на примере отрезка двухпроводной линии. Также, подобные системы могут быть реализованы на любых линиях передач, в том числе и на волноводах.

Характерные особенности, будут заключаться, в следующем:

Стоячая волна может возникать по всем трём координатам, внутри резонатора. Подобные резонаторы будут резонировать на кратных частотах, вследствие явления дисперсии.