Диэлектрлік резонаторлар – радиотолқындар үшін керамикалық резонаторлар. Микротолқындарды ұстап, тұрақтандырады, жиілігі физикалық өлшемдерге байланысты.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Радиотолқындар үшін резонатор ретінде жұмыс істеуге арналған диэлектрлік материал.
Dielectric material designed to act as a resonator for radio waves
Диэлектрлік резонатор – диэлектрлік (өткізгіш емес, бірақ поляризацияланатын) материалдың, әдетте керамиканың, радиотолқындар үшін резонатор ретінде жұмыс істеуге арналған бөлігі. Ол көбінесе микротолқындық және миллиметрлік толқындық диапазондарда қолданылады. Микротолқындар резонатор материалының ішінде, бетіндегі диэлектрлік өтімділіктің күрт өзгеруімен шектеліп, қарама-қарсы беттер арасында қайшыланады. Белгілі бір жиіліктерде, резонанстық жиіліктерде, микротолқындар резонаторда үлкен амплитудамен тербелісетін тұрақты толқындарды құрайды. Диэлектрлік резонаторлар әдетте жоғары диэлектрлік тұрақтылығы және төмен шығыс коэффициенті бар керамикалық "дискіден" тұрады. Резонанстық жиілік резонатордың жалпы физикалық өлшемдерімен және материалдың диэлектрлік тұрақтылығымен анықталады. Диэлектрлік резонаторлар қуыс резонаторларға ұқсас жұмыс істейді, олар микротолқындық жиіліктерде де кеңінен қолданылады, бірақ радиотолқындар металлдың өткізгіштігімен емес, диэлектрлік өтімділіктің үлкен өзгеруімен кері шағылысады. Миллиметрлік толқын жиіліктерінде металл беттері сигнал жоғалтуға бейім рефлекторларға айналады, сондықтан осы жиіліктерде диэлектрлік резонаторлар қолданылады. Диэлектрлік резонаторлардың негізгі қолданылуы – миллиметрлік толқынды электронды осцилляторларда (диэлектрлік резонаторлы осциллятор, DRO) туындайтын радиотолқындардың жиілігін басқару. Олар сондай-ақ жолақты өткізу сүзгілері мен антенналар ретінде де қолданылады.
A dielectric resonator is a piece of dielectric (nonconductive but polarizable) material, usually ceramic, that is designed to function as a resonator for radio waves, generally in the microwave and millimeter wave bands. The microwaves are confined inside the resonator material by the abrupt change in permittivity at the surface, and bounce back and forth between the sides. At certain frequencies, the resonant frequencies, the microwaves form standing waves in the resonator, oscillating with large amplitudes. Dielectric resonators generally consist of a "puck" of ceramic that has a large dielectric constant and a low dissipation factor. The resonant frequency is determined by the overall physical dimensions of the resonator and the dielectric constant of the material. Dielectric resonators function similarly to cavity resonators, hollow metal boxes that are also widely used as resonators at microwave frequencies, except that the radio waves are reflected by the large change in permittivity rather than by the conductivity of metal. At millimeter wave frequencies, metal surfaces become lossy reflectors, so dielectric resonators are used at these frequencies. Dielectric resonators' main use is in millimeter wave electronic oscillators (dielectric resonator oscillator, DRO) to control the frequency of the radio waves generated. They are also used as bandpass filters as well as antennas.
Тарихи шолу
19 ғасырдың аяғында Лорд Рейли диэлектрлік материалдан жасалған шексіз ұзын цилиндрлік таяқтың толқын жетекшісі ретінде қолданылуы мүмкін екенін көрсетті. 20 ғасырдың басында Германияда жүргізілген қосымша теориялық және тәжірибелік зерттеулер диэлектрлік таяқша толқын жетектеріндегі электромагниттік толқындардың қалай өтетіні туралы түсініктерді кеңейтті. Диэлектрлік резонаторды диэлектрлік таяқша толқын жетектерінің қысқартылған түрі ретінде қарастыруға болатындықтан, бұл зерттеу диэлектрлік резонаторлардағы электромагниттік құбылыстарды ғылыми тұрғыдан түсіну үшін өте маңызды болды. 1939 жылы Роберт Д. Рихтмайер диэлектрлік құрылымдардың металл қуыс резонаторлар сияқты әрекет ете алатынын көрсеткен зерттеуін жариялады және осы құрылымдарды диэлектрлік резонаторлар деп атады. Рихтмайер сондай-ақ диэлектрлік резонаторлар бос кеңістікке шығарылғанда диэлектрик пен ауа арасындағы шекаралық шарттарға байланысты сәулеленуге бейім екенін анықтады. Бұл нәтижелер кейіннен ДРА (диэлектрлік резонатор антеннасы) әзірлеуде пайдаланылды. Екінші дүниежүзілік соғыс, жетілдірілген материалдардың жетіспеуі және тиісті өндіріс технологияларының болмауы салдарынан Рихтмайердің зерттеуі жарияланғаннан кейін диэлектрлік резонаторлар келесі екі онжылдық бойына қарапайымдылыққа ұшырады. Алайда, 1960 жылдары жоғары жиілікті электроника және қазіргі заманғы байланыс индустриясы дами бастағанда диэлектрлік резонаторлардың маңызы артты. Олар көлемді толқын жетекшілі сүзгілерге қарағанда кішірек өлшемді дизайнды ұсынды және электрондық осцилляторлар, жиілікті таңдаулы шектегіштер және баяу толқын үшін арзан балама болды.
In the late 19th century, Lord Rayleigh demonstrated that an infinitely long cylindrical rod made up of dielectric material could serve as a waveguide. Additional theoretical and experimental work done in Germany in early 20th century, offered further insight into the behavior of electromagnetic waves in dielectric rod waveguides. Since a dielectric resonator can be thought of as a truncated dielectric rod waveguide, this research was essential for scientific understanding of electromagnetic phenomena in dielectric resonators. In 1939 Robert D. Richtmyer published a study in which he showed that dielectric structures can act just as metallic cavity resonators. He appropriately named these structures dielectric resonators. Richtmyer also demonstrated that, if exposed to free space, dielectric resonators must radiate because of the boundary conditions at the dielectric to air interface. These results were later used in development of DRA (Dielectric Resonator Antenna). Due to World War II, lack of advanced materials and adequate manufacturing techniques, dielectric resonators fell in relative obscurity for another two decades after Richtmyer's study was published. However, in the 1960s, as high frequency electronics and modern communications industry started to take off, dielectric resonators gained in significance. They offered a size reducing design alternative to bulky waveguide filters and lower cost alternatives for electronic oscillator, frequency selective limiter and slow wave
Диэлектрлік резонаторларда қоздырыла алатын үш түрлі резонанстық режим бар: көлденең электрлік (TE), көлденең магниттік (TM) немесе гибридтік электромагниттік (HEM) режимдер. Теориялық тұрғыдан алғанда, әрбір үш топта шексіз көптеген режимдер бар, ал қажетті режим әдетте қолданылу талаптарына сәйкес таңдалады. Көбінесе сәулеленбейтін қолданыстарда режим қолданылады, бірақ басқа режимдер белгілі бір қолданыстар үшін артықшылықтарға ие болуы мүмкін. Материалдар ғылымы мен өндіріс саласындағы соңғы жетістіктер осы мәселелердің кейбірін азайтуға мүмкіндік бергенімен, температура мен жиілік бойынша тізбектің жұмысын тұрақтандыру үшін түзету шаралары қажет болуы мүмкін.
There are three types of resonant modes that can be excited in dielectric resonators: transverse electric (TE), transverse magnetic (TM) or hybrid electromagnetic (HEM) modes. Theoretically, there is an infinite number of modes in each of the three groups, and desired mode is usually selected based on the application requirements. Generally, mode is used in most non radiating applications, but other modes can have certain advantages for specific applications. Even though recent improvements in materials science and manufacturing mitigated some of these issues, compensating techniques still may be required to stabilize the circuit performance over temperature and frequency.