Language
Country/Area
No result found
Làm thế nào để tính tần số của bộ cộng hưởng điện môi? Khám phá công thức toán học chính xác nhất!
Bộ cộng hưởng điện môi là vật liệu điện môi không dẫn điện nhưng phân cực, thường được làm bằng gốm, được thiết kế để hoạt động như một bộ cộng hưởng cho sóng vô tuyến, đặc biệt là trong dải sóng vi ba và sóng milimet. Sóng vi ba bị giới hạn bên trong vật liệu cộng hưởng do hằng số điện môi trên bề mặt vật liệu thay đổi đột ngột và phản xạ giữa hai mặt. Khi tần số đạt đến một tần số cộng hưởng cụ thể, sóng vi ba sẽ tạo thành sóng dừng trong bộ cộng hưởng và dao động với biên độ lớn.
Công dụng chính của bộ cộng hưởng điện môi là trong bộ dao động điện tử sóng milimet (bộ dao động cộng hưởng điện môi, DRO) để kiểm soát tần số của sóng vô tuyến được tạo ra.
Các bộ cộng hưởng này thường bao gồm một "đĩa" gốm có hằng số điện môi cao và hệ số tổn thất thấp. Tần số cộng hưởng được xác định bởi kích thước vật lý của bộ cộng hưởng và hằng số điện môi của vật liệu. So với bộ cộng hưởng khoang kim loại trơn, bộ cộng hưởng điện môi hoạt động có một số điểm tương đồng nhất định, nhưng sóng vô tuyến bị phản xạ bởi những thay đổi lớn trong hằng số điện môi thay vì độ dẫn điện của kim loại. Ở tần số sóng milimet, bề mặt kim loại trở thành bộ phản xạ có tổn thất, do đó bộ cộng hưởng điện môi được sử dụng rộng rãi ở các tần số này.
Tổng quan về lịch sử
Vào cuối thế kỷ 19, Ngài Rayleigh đã chứng minh rằng một thanh vật liệu điện môi hình trụ dài vô hạn có thể hoạt động như một ống dẫn sóng. Các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm được tiến hành ở Đức vào đầu thế kỷ 20 đã tiết lộ thêm về hành vi của sóng điện từ trong ống dẫn sóng thanh điện môi. Vì bộ cộng hưởng điện môi có thể được xem như các ống dẫn sóng thanh điện môi cụt nên những nghiên cứu này rất quan trọng để hiểu các hiện tượng điện từ trong bộ cộng hưởng điện môi.
Năm 1939, Robert D. Richtmyer đã công bố một nghiên cứu chứng minh rằng các cấu trúc điện môi có thể hoạt động giống hệt như các bộ cộng hưởng khoang kim loại và ông gọi những cấu trúc này là bộ cộng hưởng điện môi. Richtmyer cũng chỉ ra rằng nếu tiếp xúc với không gian trống, bộ cộng hưởng điện môi phải bức xạ do điều kiện ranh giới điện môi-không khí. Những kết quả này sau đó được sử dụng trong quá trình phát triển ăng-ten cộng hưởng điện môi (DRA).
Bộ cộng hưởng điện môi ngày càng trở nên quan trọng vào những năm 1960 với sự ra đời của thiết bị điện tử tần số cao và truyền thông hiện đại.
Lý thuyết hoạt động
Mặc dù bộ cộng hưởng điện môi có nhiều điểm tương đồng với các khoang kim loại, nhưng có một điểm khác biệt quan trọng giữa hai loại này: trường điện và từ bên ngoài của các khoang kim loại đều bằng không (tức là điều kiện biên mạch hở được thỏa mãn hoàn toàn), trong khi trường điện và từ bên ngoài các bức tường của bộ cộng hưởng điện môi không phải là số không. Mặc dù vậy, trường điện và từ bị suy yếu đáng kể khi ra khỏi thành bộ cộng hưởng. Đối với tần số cộng hưởng nhất định, năng lượng chủ yếu được lưu trữ trong bộ cộng hưởng có hằng số điện môi đủ cao.Bộ cộng hưởng điện môi có thể cho thấy hệ số Q cực kỳ cao, tương đương với các khoang kim loại.
Trong bộ cộng hưởng điện môi, có thể kích thích ba loại chế độ cộng hưởng: chế độ điện ngang (TE), chế độ từ ngang (TM) và chế độ điện từ lai (HEM). Về mặt lý thuyết, có vô số chế độ trong mỗi nhóm và chế độ được chọn thường phụ thuộc vào yêu cầu của ứng dụng. Nhìn chung, chế độ TE01n được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng không có bức xạ, nhưng các chế độ khác có thể có một số lợi thế nhất định trong các ứng dụng cụ thể.
Ứng dụng phổ biến
Các ứng dụng phổ biến nhất của bộ cộng hưởng điện môi bao gồm: ứng dụng lọc (phổ biến nhất là bộ lọc thông dải và chặn dải), bộ dao động (bộ dao động diode, phản hồi, phản xạ, truyền và phản ứng), tần số Chọn các thành phần của bộ giới hạn và bộ cộng hưởng điện môi ăng-ten.
Mặc dù đã có những cải tiến gần đây trong việc giảm độ nhạy của bộ cộng hưởng điện môi đối với các biến đổi nhiệt độ và rung động cơ học, nhưng khi khoa học vật liệu và kỹ thuật sản xuất đã tiến bộ, các kỹ thuật bù vẫn có thể cần thiết để ổn định hiệu suất của mạch. Điều này khiến chúng tôi suy nghĩ, làm thế nào các công nghệ trong tương lai có thể cải thiện hiệu suất và phạm vi ứng dụng của bộ cộng hưởng điện môi?