11.8. Возбуждение резонаторов

Методы возбуждения объемных резонаторов волноводов (см. параграф 9.8) в принципе не отличаются. В них применяются те же элементы связи: штырь, петля, щель или отверстие. Их действие можно представить соответствующим распределением сторонних токов внутри резонатора. Распределение электрического и магии? ного полей в резонаторе получено выше для резонансной частоты когда запасы электрической и магнитной энергии в нем в среднем равны. На других частотах это равенство не выполняется Поэтому необходимо ввести отдельные нормированные амплитуды для электрического и магнитного полей в резонаторе.

Тогда по аналогии с ф-лой (8.48) электромагнитное поле рассматриваемого типа колебания в резонаторе запишется в виде

где нормированные амплитуды поля (безразмерные коэффициенты),

нормированные напряженности полей в резонаторе.

Назовем нормированным электрическое или магнитное поле в резонаторе с запасом энергии

Следовательно, при резонансе полный запас энергии в резонаторе с нормированным полем

Из уравнений Максвелла можно получить (см. [15]) следующие выражения для расчета нормированных амплитуд:

где комплексная собственная частота [ф-ла (11.1)] для искомого типа колебания в резонаторе.

Определим величины на резонансной частоте Учитывая выражение для комплексной собственной частоты получаем

На резонансной частоте нормированные амплитуды равны между собой, что определяет равенство запасов электрической и магнитной энергии в резонаторе.

Объемные интегралы в ф-лах (11.38) и (11.39) аналогичны интегралу (9.59), описывающему возбуждение волновода. Следовательно, в данном случае справедливы все указанные выше рекомендации об оптимальном расположении элементов связи, которое позволяет получить нужную амплитуду поля в резонаторе при минимальных размерах этих элементов.

В многомодовом режиме размеры резонатора допускают существование колебаний нескольких типов. Устройства связи должны

при этом обеспечивать избирательную по структуре поля связь линии с резонатором, не допуская возникновения колебаний нежелательных типов. Источники располагают таким образом, чтобы для таких колебаний интеграл в ф-ле (11.39) был равен нулю; тогда Наиболее просто применить этот способ для снятия поляризационного вырождения, например, колебания в цилиндрическом резонаторе. Устройства связи фиксируют поле в определенном положении.

Если имеются вырожденные колебания разных типов, из которых используется лишь одно, необходимы дополнительные меры для подавления ненужных типов полей. С этой целью вводят дополнительную связь резонаторов с поглотителями, расположенными внутри или вне резонатора. Такая связь должна быть максимальна для подавляемого колебания и минимальна для нужного. Например, в цилиндрическом резонаторе с колебанием типа необходимо подавить колебание типа Для этого в цилиндрической части резонатора прорезают кольцевые щели либо оставляют кольцевой зазор между стенками резонатора и настраивающим поршнем (рис. 11.15). Щели эквивалентны кольцевым (азимутальным) магнитным сторонним токам в ф-ле (11.39). Согласно (11.20), поля следовательно, связь этого колебания с щелью отсутствует. Напротив, по ф-лам поля что приводит к сильному излучению энергии данной волны через кольцевую щель. Благодаря избирательной связи колебаний различных типов с линией и поглотителями одномодовый режим в резонаторе можно создать для колебания высшего (неосновного) типа.

Имеется возможность использовать несколько вырожденных колебаний в одном резонаторе для создания резонансной системы, эквивалентной связанным контурам. С этой целью вводят внутреннюю связь между полями различных колебаний с помощью элементов связи, изолированных от внешних линий. Элемент связи располагают так, чтобы для двух связываемых между собой колебаний Одно из колебаний возбуждает ток в штыре или петле, который, в свою очередь, возбуждает второе колебание.

Рассмотрим теперь изменение нормированных амплитуд в полосе частот вблизи резонанса. Если велико можно пренебречь различием между в круглых скобках В этом приближении изменяются в функции частоты одинаково. Отношение резонансных значений коэффициентов (11.39) к их величинам на произвольной частоте

что подтверждает введенные ранее соотношения (11.5) и (11.7а) для нормированной функции ослабления и нормированной частоты Следовательно, говорить об эквивалентности частотных характеристик контура и объемного резонатора можно только при одномодовом режиме резонатора с высокой добротностью и для частот, мало отличающихся от резонансной:

В определенных условиях резонатор эквивалентен контуру с последовательным или параллельным резонансом. Так, случай электрического возбуждения резонатора сторонними электрическими токами постоянными по величине в диапазоне частот, соответствует генератору тока на входе контура с параллельным резонансом (с резонансом токов). Входное сопротивление в полосе частот определяется тогда ф-лой (11.4а).

Магнитное возбуждение резонатора осуществляется неизменными по величине сторонними магнитными токами и приводит к эквивалентной схеме контура с последовательным резонансом (резонансом напряжений) и генератором напряжения на его входе. В этом случае справедлива ф-ла (11.46) для входной проводимости.