Волны в коаксиальной линии Колебательные системы СВЧ

Электротехника и электроника. Учебник для вузов. В 3-х кн.. Кн.1. Электрические и магнитные цепи / В.Герасимов. Э.В. Кузнецов, О.В. Николаева и др.; Под ред. Проф. Герасимова. М. : Энергоатомиздат, 1996. -288 с.: ISBN 5-283-05005-Х 2. Электротехника и электроника. Учебник для вузов. В 3-х кн.. Кн.2. Электромагнитные устройства и электрические машины / В.И. Киселев, А.И. Копылов, Э.В. Кузнецов и др.; Под ред. Проф. Герасимова. М. : Энергоатомиздат, 1997. -272 с.: ISBN 5-283-03006-8 (кн.2) 3. Э.В. Кузнецов, П.С. Культиасов, О.В. Николаева и др. Электрические и магнитные цепи. Лабораторно-практические занятия на стендах с компьютерами по дисциплине "Электротехника и электроника". - М.: Изд-во МЭИ, 1997. - 28 с. 4. О.В. Николаева, В.Б. Соколов, В.Е. Соломенцев. Сборник индивидуальных заданий по курсу "Электротехника и электроника" (линейные электрические цепи). - М.: Изд-во МЭИ, 1996. - 44 с.

Добротность объемных резонаторов.

 

 

Мощность потерь  

V - изолированная система 

   

 

  быстрее 

 


18.9. Другие типы объемных резонаторов

Коаксиальный резонатор

Учитывая ,что в коаксиале с основным типом волн резонанс не существует, то для обозначение колебаний в резонаторе из коаксиальных линий используют следующие абривиатуры: Т001...

Характерная особенность резонатора на коаксиальной линии , то что он резонирует на кратных частотах., р=1,2…   Используют такие резонаторы в качестве волномера. По сравнению с цилиндрическим резонатором (из отрезка кругового волновода) коаксиальный резонатор имеет меньшую добротность из-за большей площади 

 (рис.2) поверхности внутри и меньшего объема.

Очень распространены диэлектрические резонаторы(рис.2)

Возбуждаясь за счет эффекта ПВО , диэлектрические резонаторы не требуют специального возбуждения.

Как правило, диэлектрические резонаторы выполняют из искусственных материалов с большим коэффициентом диэлектрической проницаемости.

Существуют полуоткрытые резонаторы , образованные параболическими поверхностями.

Такие структуры используют для активных сред (плазмы), для которых непосредственный контакт невозможен.

Основной недостаток: существуют потери на излучение.

Раздел 19. Распространение электромагнитных волн в анизотропных средах

19.1. Общие сведения.

  В предыдущих разделах мы отмечали, что существуют среды с выраженным анизотропом. В радиотехнике наибольшее распространение получил частный вид анизотропных сред- ферриты.

 

Ферриты твердые вещества, схожие с керамикой получены искусственным путем, в результате высокотемпературного спекания окиси железа и двух валентных металлов (Zn, Mg, Mn…).

  Анизотропия ферритов проявляется в результате воздействия постоянным магнитным полем. Подобные среды называют гиромагнитными. Ферриты являются во многом уникальным материалом, с одной стороны они являются ферромагнетиком (схожим с железом), причем магнитная проницательность феррита меняется в очень широких пределах и может иметь значения <1. В сантиметровом диапазоне и достигать нескольких тысяч на низких частотах.

С другой стороны ферриты схожи с обычными диэлектриками, удельное, объемное сопротивление около  Ом/см.

Поэтому в них могут распространяться электромагнитные волны как в обычном диэлектрике.  Относительная диэлектрическая проницаемость среды около 10 ­-- 30.

19.2. Линейно поляризованные волны в намагниченной

ферритовой среде.

  Анизотропия в ферритах связана с особенностью их внутренней структуры.. Ферриты имеют области самопроизвольной намагниченности (так называемые домены).Это достаточно объемные образования.Магнитные моменты отдельных атомов ориентированны параллельно, так, что даже в отсутствии даже внешнего поля домен намагничен до насыщения, суммарный магнитный момент соответствует отдельным доменам. В отсутствии внешнего магнитного поля домены ориентированны хаотично и результирующее магнитное поле равно нулю.

 Теория ферритов достаточно сложна и выходит за рамки классической электродинамики, но существует теория рассматривающая поведение электрона в магнитном поле, которое на качественном уровне достаточно хорошо совпадает с результатами практическими.

  Все особенности характеризующие электрон в магнитном поле обусловлены наличием у него спина. Спин это, упрощенно, вращение электрона относительно собственной оси.

 Электрон обладает массой, поэтому электрон вращается относительно собственной оси.Он обладает механическим моментом, кроме того, электрон обладает зарядом Þ получается магнитный момент, при этом вращающийся электрон можно рассматривать как некоторую элементарную рамку с током.

С одной стороны электрон подобен гироскопу, с другой подобен некоторому элементарному магниту, при внесении в постоянное магнитное поле. Т.к. он подобен элементарному магниту, то на него действует пара сил старающихся поставить его (ориентировать) параллельно линиям магнитного поля; но, т.к. он обладает еще и свойствами гироскопа, то вместо того, что бы ориентировать по направлению внешнего поля, конец вектора магнитного момента начинает описывать окружность, лежащую в плоскости ûë b, эта так, называемая, прецессия электромагнитного поля. Эта прецессия продолжается сколь угодно долго, но из-за наличия потерь она является затухающей.

 Время прецессии составляет 0,01 мкС.

Прецессия осуществляется с частотой wo=½g½Ho - частота прецессии

g - некоторая отрицательная const, связанная со свойствами феррита.

Пусть кроме const магнитного поля действует еще и переменное магнитное поле, с Wo - частотой и напряжением вдоль 1х. При этом электрон возобновляет прецессию, причем прецессия становится не затухающей. Конец вектора магнитного момента описывает замкнутые кривые. Известно, что эти замкнутые кривые –эллипсы Частота прецессии совпадает с частотой высокочастотного поля. Здесь авторы усматривают аналогию с колебательным контуром.

При наличии const. поля, что - то напоминающего

собственные колебания, а при наличии ВЧ. поля

процессы схожие с вынужденными колебаниями в

контуре. 

19.3. Вектор магнитного момента электрона

 1,

 где  - составляющая электромагнитного момента

ориентированного вдоль оси Z (|| Но) остается неизменной и -который

вращается в плоскости XOY с частотой w. При не очень сильных полях ¥ Н2.

 =xHx+j1ykHx 2

 В соотношении (2) коэффициенты x и k имеют смысл магнитной восприимчивости   

В данном случае  имеет смысл вектора намагниченности, т.е. для перехода к вектору   Нх: Вх=mо(1+х)Нх 3

 Ву=jkHx

Из составленного соотношения (3) следует, что при воздействии в ВЧ поле имеющего единственную составляющую мы получили, что ВЧ поле в ферритовой среде имеет две составляющие. Принципиальное отличие ферритов от однородной среды это непаралелльность и .

Пусть ВЧ поле имеет компоненту Ну, тогда соответствующие проекции для вектора будут иметь вид:

 4

 При произвольной ориентации  взаимосвязь между векторами будет иметь вид

 5

 группу соотношений (5) можно  переписать в краткой форме  

 

Даже для простейшего случая распространение в подмагниченной среде линейно (поляризованного) поля вектор имеет одну компоненту.

 Взаимосвязь между магнитными векторами имеет сложный вид. И поэтому решение уравнения Максвелла является сложной задачей.

Понтер вычислил и  для этого случая 

 8

 М- намагничиваемость ферритовой среды в постоянном магнитном поле

 9

 - частота прецессии.

Существенно проще анализ в случае воздействия на гиромагнитную среду ВЧ поля с круговой поляризацией.

1. Исследование неавтоматизированных электроприводов в статическом и динамическом режимах. 1.1. Электропривод системы "Источник ЭДС - двигатель постоянного тока независимого/параллельного/последовательного возбуждения". 1.2. Электропривод системы "Преобразователь частоты - асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором". 2. Исследование автоматизированных разомкнутых электроприводов с управлением от компьютера в статическом и динамическом режимах. 2.1. Электропривод системы "Источник ЭДС - двигатель постоянного тока независимого/параллельного/последовательного возбуждения".
Добротность объемных резонаторов