Объёмные резонаторы
.docxМинистерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский
государственный электротехнический университет “ЛЭТИ”
Отчёт по лабораторной работе № 4.
«Исследование объемных резонаторов»
Выполнили: Каверин М.И.
Мандрик И.В.
Медведев Д.А
Преподаватель: Коломийцев А. А.
Санкт-Петербург
2012
Цель работы: Изучение характеристик и параметров объемных резонаторов, методов их измерений, а также исследование различных видов колебаний в цилиндрическом, коаксиальном и тороидальном объемных резонаторах. Изучение методики идентификации видов колебаний в резонаторах.
Функциональная
схема измерительной установки показана
на рис. 1. В ее состав входят исследуемый
резонатор 1 с детекторной головкой
2, генератор качающейся частоты
(ГКЧ) 3, панорамный измеритель 4,
цифровой частотомер 5. Тракт СВЧ
выполнен из коаксиальных линий передачи.
Направленные ответвители 6 и 7
служат для разделения падающей и
отраженной волн. Для исключения влияния
отраженных волн на ГКЧ в измерительную
схему включен СВЧ вентиль 8. Резонатор
включен в тракт СВЧ по схеме четырехполюсника.
Цилиндрический ОР
|
m |
kce |
kch |
|||||
|
n=1 |
n=2 |
n=3 |
n=1 |
n=2 |
n=3 |
||
|
0 |
54,7 |
125,5 |
196,7 |
87,1 |
159,5 |
231,2 |
|
|
1 |
87,8 |
159,5 |
231,2 |
41,8 |
121,3 |
152,4 |
|
|
2 |
116,7 |
191,3 |
264,1 |
69,4 |
152,4 |
226,6 |
|
|
3 |
145 |
221,8 |
295,8 |
95,5 |
182,2 |
257,9 |
|
|
m |
fc |
|||||
|
n=1 |
n=2 |
n=3 |
n=1 |
n=2 |
n=3 |
|
|
0 |
|
5,99E+09 |
9,40E+09 |
4,16E+09 |
7,62E+09 |
1,10E+10 |
|
1 |
4,19E+09 |
7,62E+09 |
1,10E+10 |
2,00E+09 |
5,79E+09 |
7,28E+09 |
|
2 |
5,58E+09 |
9,13E+09 |
1,26E+10 |
3,32E+09 |
7,28E+09 |
1,08E+10 |
|
3 |
6,93E+09 |
1,06E+10 |
1,41E+10 |
4,56E+09 |
8,70E+09 |
1,23E+10 |
Коаксиальный ОР
|
m |
n |
kce |
kch |
|
0 |
1 |
81,4 |
65,4 |
|
1 |
1 |
86,1 |
42,7 |
|
2 |
1 |
98,4 |
78,2 |
|
m |
n |
fce |
fch |
|
0 |
1 |
3,89E+09 |
3,13E+09 |
|
1 |
1 |
4,11E+09 |
2,04E+09 |
|
2 |
1 |
4,70E+09 |
3,74E+09 |
Обработка результатов
-
Расчет собственных частот резонаторов:
Коаксиальный:
Цилиндрический:
Тороидальный:
Где
Экспериментальные значения:
Коаксиальный:
Цилиндрический:
Тороидальный:
-
Расчетные значения Добротностей и волновых сопротивлений:
Цилиндрический:
Экспериментальные значения:
Тороидальный:
Экспериментальные значения:
Сопоставление расчетных и экспериментальных данных:
Зависимость резонансных частот от глубины погружения стержня:
|
x, mm |
0 |
10 |
20 |
25 |
40 |
|
fr1,ГГц |
2,73 |
2,609 |
2,269 |
2,026 |
|
|
fr2,ГГц |
3,511 |
3,511 |
3,505 |
3,478 |
3,419 |
|
fr3,ГГц |
3,901 |
3,762 |
3,505 |
3,478 |
3,419 |
Картины поля исследованных видов
колебаний цилиндрического резонатора:
Вывод:
1. Мы рассчитали и определили экспериментально резонансные частоты для коаксиального, цилиндрического и тороидального резонаторов: результаты совпадают до 2-3 значащей цифры. Так же мы убедились, что цилиндрический и коаксиальный резонаторы имеют не одну резонансную частоту, которые соответствуют различным типам колебаний.
2. При погружении стержня в цилиндрический резонатор собственные резонансные частоты сдвигаются влево по оси частот: это связанно с изменением структуры поля в объеме резонатора, значит, частота fr2 не сдвигается, т.к. стержень не влияет и не изменяет составляющие поля, соответствующие этому типу колебаний.
Определение типов волн для каждой резонансной частоты:
Цилиндрический: fr1=2.604ГГц ~ Е (f =2.61ГГц)
fr2=3.37ГГц~E (f =3.38ГГц)
fr3=3.76ГГц~E (f =3.78ГГц)
Коаксиальный: fr1=3.33ГГц : T (f =2.73ГГц)
fr2=3.33ГГц : H (f =3.41ГГц)
Fr3=3.77ГГц : H (f =3.74ГГц)
Тороидальный: fr=2.984ГГц : квази E волна. F=2.765ГГц