Осцилаторни системи под формата на резонансни линии
С увеличаване на честотата качеството Q на обикновените трептящи вериги, съставени от намотка и кондензатор, намалява и става неприемливо малко. Наистина, с увеличаване на честотата загубите на енергия нарастват бързо. Поради ефекта на кожата съпротивлението на проводниците се увеличава.
Увеличават се загубите в твърдите диелектрици. Загубите от микровълново излъчване стават особено значителни, тъй като размерите на елементите на веригата са от същия порядък с дължината на вълната. Веригата работи като антена и вече не може да се счита за затворена. Силното излъчване също създава паразитни връзки на тази верига с други цели. Увеличаването на загубите води до увеличаване на активното съпротивление на веригата r.
В същото време характерното съпротивление на веригата е значително намалено. Стойността на ρ е свързана с първичните параметри на веригата L и C чрез следната връзка:
За да увеличите честотата, трябва да намалите L и C на веригата. Въпреки това, значително намаляване на стойността на C е невъзможно, тъй като включва междуелектродните капацитети на лампата, свързана към веригата, и монтажния капацитет. Освен това често е необходимо да се включи променлив кондензатор във веригата за настройка. Следователно капацитетът на веригата обикновено не може да бъде по-малък от 5-10 pF. Необходимо е многократно намаляване на индуктивността, за да се получи желаната честота, при което стойността на ρ намалява. В резултат на това качеството на веригата Q, равно на ρ/r, рязко се влошава и това е най-важната причина, наложила използването на други осцилационни системи в микровълновата печка.
На сантиметрови вълни и отчасти на дециметрови вълни устройството на вериги от обикновен тип става като цяло невъзможно, тъй като дори къс проводник, свързващ електродите на лампата и привидно просто затварянето им, има твърде голяма индуктивност.
Следният пример дава представа заиндуктивността, която трябва да има верига с капацитет C \u003d 10 pF, за случая, когато честотата fo \u003d 1000 MHz \u003d 1 000 000 kHz (дължина на вълната \u003d 30 cm).
Прав проводник с дължина 1 m има индуктивност от порядъка на микрохенри. Следователно в този случай индуктивността на веригата трябва да бъде проводник с дължина само няколко милиметра, което очевидно не е осъществимо.
По този начин контурите от обичайния тип, като правило, могат да се използват само на вълни, не по-къси от метър. Само в редки случаи, при най-дългите дециметрови дължини на вълните (70 - 100 см), има вериги, в които половин завъртане на тръба или проводник се използва като индуктивност, а капацитетът е междуелектродният капацитет на лампата и за намаляване на влиянието му и за настройка се свързва последователно кондензатор с променлив капацитет с максимален капацитет от няколко пикофарада. Такива контури са с доста ниско качество.
Отворени или късо свързани линии с дължина, кратна на 1/4 λ, са еквивалентни на последователна или паралелна резонансна верига. Сегменти от симетрични или коаксиални линии са най-често срещаните осцилаторни системи за дециметровия диапазон.
В повечето вериги за приемане и предаване има главно паралелни вериги. Следователно основният тип контур за дециметрови вълни е четвърт вълнов сегмент от късо съединена симетрична или коаксиална линия. Входният импеданс на такава линия, когато е настроен на резонанс, е много голям и е чисто активен. Когато се отклони в една или друга посока от резонанса, входното съпротивление намалява и става капацитивно или индуктивно. Както е известно, така общсъпротивление на паралелния резонансен кръг.
Резонансните линии, работещи като трептящи кръгове, имат високо качество Q, което може да достигне няколко хиляди.
Със скъсяване на дължината на вълната, т.е. с увеличаване на честотата, качеството на резонансните линии Q се повишава, което е голямото им предимство пред конвенционалните схеми.
Резонансната линия обикновено е свързана към лампа и следователно междуелектродният капацитет е свързан към входа на линията. В този случай трептящата система е линията заедно с капацитета на лампата и за да се получи резонанс при определена честота fо е необходимо входното съпротивление на линията Zin да е индуктивно и равно на капацитета 1/2nfoC.
Късо съединената линия има индуктивен вход (съпротивление при дължина, по-малка от λ / 4. По този начин практически е необходимо да се вземе не четвърт вълна, а по-къса линия.
В много случаи е необходимо линията да се настрои към определен честотен диапазон. Дори когато работи на една честота, трептящата система трябва да има устройство за настройка на желаната честота.
Регулирането на балансирана линия най-често се извършва с помощта на подвижен късо съединение, чието движение по дължината на линията променя нейната дължина. (фиг. 1 а).
За да се елиминира недостатъкът на този метод - несъответствието на контакта за триене - те често извършват настройка с променлив кондензатор, свързан към линейния вход (фиг. 1 6). Увеличаването на неговия капацитет дава настройка на по-дълга вълна Понякога в края на линията се включва настройващ кондензатор вместо късо съединение (фиг. 1 b). Тогава, ако неговият капацитет е голям и следователно съпротивлението е малко, тогава линията е близо до късо съединение и резонансната дължина на вълната е около 4 пътиповече дължина на линията; в случай на най-малък капацитет, линията е близо до отворена и резонансната дължина на вълната е приблизително 2 пъти по-дълга от линията. На практика е възможно да се получи диапазон със съотношение малко по-малко от 2.
Осцилаторните системи под формата на симетрични линии имат недостатъка, че създават значително външно електромагнитно поле. В резултат на това се образуват паразитни връзки с други вериги и загубите на радиация са големи. В такива линии загубите са много забележими и в самите проводници, които имат относително малък диаметър. Линейното екраниране понякога се използва за премахване на радиация и паразитни връзки, но дори и при него загубите остават значителни.
По-високи качества Притежават контури от коаксиални линии. Загубите в тях са малки, тъй като проводниците имат голяма повърхност и няма радиация поради факта, че външният проводник е екран. Очевидно паразитните връзки с други вериги също са елиминирани. Всички точки на външната повърхност на външния проводник на коаксиалната линия са с нулев потенциал и следователно линията може да се монтира без никаква изолация.
Коаксиалните резонансни линии също са удобни, тъй като за работа с тях се произвеждат специални лампи, в които проводниците от електродите са направени цилиндрични. Във връзка с външна коаксиална верига такива проводници образуват една обща верига.
За регулиране на коаксиалните вериги чрез промяна на дължината им по линията се движи бутало за късо съединение, наречено бутало (фиг. 2). Този метод дава настройка в доста широк диапазон. Необходимо е буталото да се движи лесно и гладко и в същото време да има добър контакт по цялата обиколка както с външния, така и с вътрешния проводник. За да осигурите по-добър контакт около обиколката на буталото,гъвкави контактни пружини.
Въпреки че са предложени многобройни конструкции на бутало, триещият контакт с проводниците на линията все още създава значителни загуби и не е последователен. Можете да премахнете триещия се контакт и да направите малка междина между буталото и линейните проводници. Тогава линията вече няма да бъде късо съединена, а натоварена върху контейнера, образуван от тази празнина. С такова безконтактно бутало настройката се получава за по-тесен диапазон. Освен това е трудно да се гарантира, че настройката остава постоянна, тъй като размерът на празнината може да се промени.
Често се използва настройка с променлив кондензатор на входа на коаксиалната линия. Въпреки това, устройството на такъв кондензатор с промяна на капацитета в широк диапазон създава трудности. По-лесно е да се приложи при ниски мощности, когато напреженията са ниски, поради което е възможно да се зададе малко разстояние между пластините на кондензатора; при по-високи напрежения това разстояние трябва да е значително. Проста конструкция на такъв кондензатор е показана на фиг. 3, но не осигурява широк диапазон на настройка.
Връзката на резонансни линии с други вериги се използва както за извличане на енергията на електромагнитното поле от тези линии, така и за подаване на енергия към тях. Балансираните линии най-често се свързват към други вериги индуктивно. За комуникация се използва намотка или половин намотка от проводник (фиг. 4). Колкото по-голям е размерът на тази намотка и колкото по-близо е до късо съединение на линията, толкова по-силна е връзката. Освен това връзката ще бъде по-силна, ако равнините на линията и намотката са успоредни една на друга, особено когато намотката е разположена в равнината на самата линия. В този случай бобината се пронизва от най-силния магнитен поток. Промяна във връзката се постига чрез преместваненамотка около линията. Възможно е, например, да се завърти равнината на бобината спрямо равнината на линията.
Коаксиалната резонансна линия, когато е свързана към вакуумната тръба, е напълно екранирана система. Следователно свързващите елементи трябва да бъдат вкарани вътре в линията. Фигура 5 показва основните видове комуникация.
Индуктивна или магнитна връзка (фиг. 5 a) се осъществява с помощта на свързваща намотка (контур), която обикновено е краят на коаксиална свързваща линия и се намира близо до края на линията, където магнитното поле е най-силно. За да промените връзката, намотката се завърта и след това големината на магнитния поток, проникващ в намотката, се променя.
Капацитивното или електрическото свързване е показано в две версии на фиг. 5 b и c. В този случай щифт, понякога наричан сонда, се вкарва в линията в радиална посока. Поради факта, че е разположен по протежение на електрическите силови линии, в него се създава определена променлива емф (по време на избора на енергия). Щифтът обикновено е краят на вътрешния проводник на коаксиалния кабел. Колкото по-дълъг е този щифт, т.е. колкото по-дълбоко е „потопен“ в електрическото поле, толкова по-силна е връзката. Понякога, за увеличаване на връзката, върху края на щифта се поставя пластина (фиг. 5 в). Като го доближите до вътрешния проводник на резонансната линия, връзката може да бъде укрепена. Връзката е толкова по-силна, колкото по-близо е щифтът до антинода на напрежението, т.е. началото на линията, където електрическото поле е най-силно. В някои вериги се използва директно свързване (фиг. 5d), подобно на автотрансформаторното свързване в конвенционалните вериги.
Недостатъкът му е невъзможността за промяна на стойността на връзката.