Параметры, характеризующие СВЧ резонатор.

СВЧ резонатор характеризуют три основных параметра:
1) резонансная частота;
2) добротность;
3) входная проводимость.

Частота возбуждающего генератора, при которой амплитуда колебаний в резонаторе – максимальная, называется резонансной частотой. Резонансная частота зависит от размеров и формы резонатора.

На рис. 5показана зависимость амплитуды колебаний от частоты. При отходе от резонансной частоты f0 амплитуда колебаний падает, причём ско­рость этого падения (и соответственно ширина резонансной кривой) для разных резонаторов различна. Для характеристики этого свойства резонаторов вводится параметр добротность, который определяется как , Δ f =f2-f1, а f1 и f2 – частоты, на которых амплитуда колебаний поля в раз по сравнению с резонансом.

Рис.5. Зависимость амплитуды колебаний в резонаторе от частоты.

Важнейшим параметром любого резонатора, так же как и любого низкочастотного контура, является его добротность. Значение добротности характеризует качества многих основных СВЧ устройств: стабильность генераторов, частотно-избирательные свойства фильтров, чувствительность приёмных устройств и т.д. С определением добротности связаны многие виды измерений и исследований электрических свойств материалов. Поэтому измерение параметров резонаторов, и в первую очередь добротности, является одним из важнейших на СВЧ. [1]

Различают собственную (нулевую) и нагруженную добротности. Собственная добротность Q₀ имеет место при исчезающе малой связи резонатора с линией передачи. Собственная (ненагруженная) добротность Q₀ учитывает энергию, рассеянную в самом резонаторе на резонансной частоте. Амплитуда колебаний при этом велика, потери определяются только собственными потерями в резонаторе. По определению

- на резонансной частоте, т.е. , где - энергия, запасённая в резонаторе (V – объём резонатора), W_пот – энергия, рассеиваемая в резонаторе за один период колебаний. Как видно из формулы, при больших добротностях амплитуды электрического и магнитного полей могут быть очень велики. Отличительной особенностью резонаторов СВЧ является их высокая добротность. Собственная добротность может достигать 10⁵ и даже 10¹¹ для резонаторов из сверхпроводников.

Нагруженная добротность Q_н появляется при сильной связи с подводящей линией передачи. Она определяется потерями, как в резонаторе, так и в подводящей линии. Нагруженная добротность Q_н обычно определяется следующим образом:

- на резонансной частоте.

Учитывая, что понятие энергии, рассеиваемой во внешней цепи, является искусственным (за исключением случая, когда внешний источник мощности выключается), определение нагруженной добротности также до некоторой степени искусственно.

Физический смысл, заложенный в это определение, заключается, во-первых, в том, что величина Q_н определяет постоянную времени всей системы, и, во-вторых, в том, что соответствующая данному значению Q_н полоса пропускания системы просто определяется по частотам половинной мощности резонатора (в качестве источника колебаний здесь подразумевается источник постоянной мощности, наиболее часто встречающийся в технике СВЧ). [3]

Всегда имеет место соотношение . Нагруженная добротность падает с увеличением связи. Связь можно подобрать такой, чтобы подводящая линия работала в режиме полного согласования, т.е. КСВН=1 (коэффициент стоячей волны по напряжению, значение КСВН=1 соответствует идеальному согласованию), входная проводимость резонатора равна волновой проводимости подводящей линии. Такая связь называется критической. При критической связи .

Итак, собственная добротность определяется потерями в самом резонаторе, а нагруженная добротность зависит ещё и от потерь во внешних цепях, подключённых к резонатору через элементы связи. При слабой связи резонаторов с внешними цепями значение нагруженной добротности близко к собственной добротности резонатора.

Внешняя добротность Q_вн обычно определяется следующим образом:

- на резонансной частоте.

Понятие внешней добротности является искусственным и не имеет непосредственного отношения к практике. Из общего определения может быть сделан неправильный вывод, что при критической связи Q_вн является бесконечно большой величиной, так как энергия во внешней цепи не рассеивается.

Дата добавления: 2015-10-21