кухинен резонатор
Резонаторът с кухина е осцилираща микровълнова система. Резонаторът с кухина е подобен на осцилаторна верига. Резонаторът с кухина има формата на обем, който е пълен с въздух или друг диелектрик. Такъв обем е ограничен или от пространство с определени електромагнитни свойства, или от проводяща повърхност. Резонаторите с кухи кухини се считат за най-често срещаните. Те са кухини, които са ограничени от метални стени. Повърхността, ограничаваща резонатора на кухината, като правило е с произволна форма. Поради простотата на конфигурацията на електрическите и магнитните полета, простотата на изчисляване и производство на формата на повърхността, т.е. по отношение на нейното практическо разпределение, граничната повърхност на резонатора може да бъде цилиндрична, правоъгълна, паралелепипедна, сферична и други форми. Много кухини резонатори действат като сегменти от диелектрик или кухи вълноводи, които са ограничени от успоредни равнини.
Проблемът с колебанията на електромагнитното поле на кухината на резонатора се решава чрез извеждане на уравненията на Максуел. За да се решат уравненията, трябва да има гранични условия, които съответстват на изчислението.
Две успоредни отразяващи равнини възбуждат перпендикулярна на тях плоска вълна. Вълната, достигайки една от успоредните равнини, се отразява от нея в другата равнина. При такова многократно отражение се образуват вълни, които интерферират, тоест те се усилват или отслабват и се разпространяват в противоположни посоки една спрямо друга. При определено разстояние между успоредни равнини интерференцията на вълните завършва с образуването на стояща вълна. Амплитудата на стоящата вълна се увеличава с многократни отражения от равнините. Точно както в осцилаторна верига в резонанс,електромагнитна енергия, в кухинен резонатор електромагнитната енергия се натрупва в пространството между паралелни отразяващи равнини. Теоретично, ако в кухината на резонатора не се губи енергия, свободните трептения могат да съществуват дълго време. Но на практика съществуването на трептения за неограничено време е невъзможно, тъй като загубите на енергия в резонатора на кухината са неизбежни. Загубите на енергия възникват поради нагряване от електрически токове, които се индуцират от променливо магнитно поле, на вътрешните стени на резонатора. Ако има дупки в стените на резонатора с кухина, които пресичат линията на тока, ново електромагнитно поле се възбужда извън резонатора. Това ново поле причинява загуба на енергия в резонатора. В допълнение, загубите на енергия възникват поради комуникация с външни вериги или се извършват в диелектрици. В резонатор с кухина има коефициент на качество, който е съотношението на енергията на целия резонатор към загубите, които възникват по време на периода на трептене. Качеството на резонатора с кухина се подобрява значително, ако неговият качествен фактор е на високо ниво.
Резонансните резонатори се използват в техниката като осцилационни системи на магнетрони, генератори, клистрони и др., като честотни стандарти, филтри, измервателни вериги, изследователски устройства за течни, твърди и газообразни вещества.
Трептенията на кухината на резонатора имат своя собствена класификация. Групите се формират по следните признаци: по онези компоненти, които са част от пространственото разпределение на електромагнитното поле. Компонентите могат да бъдат напречни (радиални) и аксиални. При трептения на резонатора от типа TE, както и H, магнитното поле има аксиален компонент. При трептения от типа TM, както и E, електрическото поле вече има аксиална компонента. При трептения от типа ТЕМ нито едно от дветемагнитните и електрическите полета нямат аксиални компоненти. Такива трептения се възбуждат в кухината между коаксиалните цилиндри, ограничени от плоски проводими стени, които са перпендикулярни на оста на цилиндъра.
Един от най-често срещаните резонатори с кухина е цилиндричният резонатор. Трептенията в такъв резонатор се характеризират с три индекса, които съответстват на броя на полувълните на магнитното или електрическото поле.
Индексите са подредени според диаметъра, дължината и обиколката на резонатора. Някои видове трептения в кухинен цилиндричен резонатор не възприемат контакта на края и цилиндричните стени. Това се дължи на факта, че магнитните линии на трептене се движат в определена посока, в която се възбуждат само токовете на обиколката на цилиндъра. Слотовете в крайната и страничните стени, поради посоката на линиите на магнитното поле, стават неизлъчващи.
Резонаторите с правоъгълна кухина често се използват в лабораторни условия. В осцилаторната система на клистрона се използват тороидални резонатори.
Трептенията в такъв резонатор възникват, когато магнитното и електрическото поле са разделени в пространството. Магнитното поле е локализирано в тороидалната кухина, а електрическото поле е концентрирано в капацитивната междина.
Необходимата честота, при която може да работи обемен генератор, се счита за честота от 10 9 до 10 11 Hz. Високочестотните вълни водят до дисперсия на електромагнитна енергия, която може да бъде елиминирана само с помощта на система от огледала от отворени резонатори.
В началото на ХХв. ученият О. Хевисайд нарече йоносферата на Земята кухинен резонатор. Кухината на резонатора съдържа човек, влияе върху функционирането на тялото му. Електромагнитен кухинен резонаторсе твърди, че се образува поради електрическата проводимост на земната повърхност и така наречения нисък слой на Хевисайд. В кухинен резонатор има вълни, които се възбуждат от магнитни процеси на Слънцето и от мълния.