موضوع مقاله: تشدیدگر دی‌الکتریک | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # تشدیدگر دی‌الکتریک | مقدمه: تشدیدگر دی‌الکتریک قطعه‌ای از مواد دی‌الکتریک (نارسانا اما قطبش‌پذیر) معمولاً سرامیکی است که برای کارکرد به‌عنوان تشدیدگر امواج رادیویی، به‌طور کلی در باندهای ریزموج و موج میلی‌متری طراحی شده است. | ## بخش 1: تشدیدگر دی‌الکتریک | امواج ریزموج در داخل ماده تشدیدگر با تغییر ناگهانی گذردهی در سطح محصور می‌شوند و بین دو طرف به جلو و عقب پرش می‌کنند. در فرکانس‌های خاص، فرکانس‌های تشدید، امواج ریزموج امواج ایستاده را در تشدیدگر تشکیل می‌دهند که با دامنه‌های بزرگ در نوسان هستند. تشدیدگرهای دی‌الکتریک معمولاً از یک «گِردک» از سرامیک تشکیل شده‌اند که دارای ثابت دی‌الکتریک زیاد و ضریب اتلاف کم است. تشدیدگرهای دی‌الکتریک مشابه تشدیدگرهای کاواکی عمل می‌کنند، جعبه‌های فلزی توخالی که به‌طور گسترده به‌عنوان تشدیدگر در فرکانس‌های ریزموج نیز استفاده می‌شوند، با این تفاوت که امواج رادیویی با تغییر بزرگ در گذردهی به جای رسانندگی فلز بازتابیده می‌شوند. در فرکانس‌های موج میلی‌متری، سطوح فلزی به بازتاب‌گرهای پُرتَلف تبدیل می‌شوند، بنابراین تشدیدگرهای دی‌الکتریک در این فرکانس‌ها استفاده می‌شوند. کاربرد اصلی تشدیدگرهای دی‌الکتریک در نوسانگرهای الکترونیکی موج میلیمتری (نوسان‌ساز تشدیدگر دی‌الکتریک، دی‌آراو) برای کنترل فرکانس امواج رادیویی تولید شده است. اضافی که در اوایل قرن بیستم در آلمان انجام شد، بینش بیشتری را در مورد رفتار امواج الکترومغناطیسی در موجبرهای میله‌ای دی‌الکتریک ارائه کرد. از آنجایی که تشدیدگر دی‌الکتریک را می‌توان به‌عنوان یک موجبر میله‌ای دی‌الکتریک کوتاه در نظر گرفت، این تحقیق برای درک علمی پدیده‌های الکترومغناطیسی در تشدیدگرهای دی‌الکتریک ضروری بود. که در آن نشان داد که ساختارهای دی‌الکتریک می‌توانند درست به‌عنوان تشدیدگرهای کاواک فلزی عمل کنند. ریچمایر همچنین نشان داد که در صورت قرار گرفتن در معرض فضای آزاد، تشدیدگرهای دی‌الکتریک به دلیل شرایط مرزی در رابط دی‌الکتریک-به-هوا باید تابش کنند. | ## بخش 2: تشدیدگر دی‌الکتریک | به دلیل جنگ جهانی دوم، فقدان مواد پیشرفته و فنون‌های تولید کافی، تشدیدگرهای دی‌الکتریک تا دو دهه دیگر پس از انتشار مطالعه ریچمایر در ابهام نسبی قرار گرفتند. با این حال، در دهه ۱۹۶۰، زمانی که الکترونیک با فرکانس بالا و صنعت مخابرات نوین شروع به رشد کردند، تشدیدگرهای دی‌الکتریک اهمیت پیدا کردند. آنها یک جایگزین طراحی کاهش‌دهنده اندازه برای فیلترهای موجبر حجیم و جایگزین‌های ارزان‌تر برای مدارهای نوسان‌ساز الکترونیکی، محدودکننده انتخابی فرکانسMarian W. علاوه بر هزینه و اندازه، مزایای دیگری که تشدیدگرهای دی‌الکتریک نسبت به تشدیدگرهای کاواک فلزی معمولی دارند، وزن کمتر، در دسترس بودن مواد و سهولت ساخت است. امروزه تعداد زیادی تشدیدگر دی‌الکتریک مختلف با ضریب کیو بدون بار در حدود ۱۰۰۰۰ در بازار وجود دارد. این یک فیلتر میان‌گذر دی‌الکتریک متشکل از سه تشدیدگر دی‌الکتریک است که در جهت عرضی نصب شده‌اند. اگرچه تشدیدگرهای دی‌الکتریک شباهت‌های زیادی به کاواک‌های فلزی تشدید دارند، اما یک تفاوت مهم بین این دو وجود دارد: در حالی که میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی در خارج از دیواره‌های کاواک فلزی صفر هستند (یعنی شرایط مرزی مدار باز به‌طور کامل برآورده می‌شود)، این میدان‌ها چنین نیستند. صفر در خارج از دیواره‌های دی‌الکتریک تشدیدگر (یعنی شرایط مرزی مدار باز تقریباً برآورده می‌شود). با این حال، میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی از حداکثر مقادیر خود به میزان قابل‌توجهی زمانی که از دیواره‌های تشدیدگر دور هستند، کاهش می‌یابند. بیشتر انرژی در تشدیدگر در یک فرکانس تشدید معین برای یک ثابت دی‌الکتریک به اندازه کافی بالا ذخیره می‌شود. | ## بخش 3: تشدیدگر دی‌الکتریک | تشدیدگرهای دی‌الکتریک می‌توانند ضریب کیو بسیار بالایی را نشان دهند که با یک کاواک دیواره فلزی قابل مقایسه است.A. سه نوع مُد تشدید وجود دارد که می‌توانند در تشدیدگرهای دی‌الکتریک تحریک شوند: مُدهای الکتریکی عرضی (TE)، مغناطیسی عرضی (TM) یا الکترومغناطیسی ترکیبی (HEM). به‌طور نظری، تعداد بی‌نهایت مُد در هر یک از سه گروه وجود دارد و مُد موردنظر معمولاً براساس نیازهای کاربردی انتخاب می‌شود. دقت این فرمول در حدود ۲٪ در محدوده: با این حال، از آنجایی که یک تشدیدگر دی‌الکتریک معمولاً برای اکثر کاربردها در یک کاواک رسانا محصور می‌شود، فرکانس‌های تشدید واقعی با فرکانس محاسبه شده در بالا متفاوت است. با نزدیک شدن دیواره‌های رسانای کاواک محصور به تشدیدگر، تغییر در شرایط مرزی و مهار میدان شروع به تأثیر بر فرکانس‌های تشدید می‌کند. اندازه و نوع ماده محصور کننده کاواک می‌تواند به شدت بر عملکرد مدار تشدید تأثیر بگذارد. اگر انرژی ذخیره شده میدان جابجاشده بیشتر الکتریکی باشد، فرکانس تشدید آن کاهش می‌یابد. اگر انرژی ذخیره‌شده میدان جابجاشده بیشتر مغناطیسی باشد، فرکانس تشدید آن افزایش می‌یابد. رایج‌ترین مشکل مدارهای تشدیدگر دی‌الکتریک، حساسیت آنها به تغییرات دما و ارتعاشات مکانیکی است.M.J. حتی اگر پیشرفت‌های اخیر در علم مواد و تولید برخی از این مسائل را کاهش داده است، فنون‌های جبران‌سازی همچنان ممکن است برای تثبیت عملکرد مدار در دما و فرکانس مورد نیاز باشد. | ## جمع‌بندی | تشدیدگرهای دی‌الکتریک عبارتند از: کاربردهای فیلترسازی (متداول‌ترین فیلترهای میان‌گذر و میان‌نگذر هستند)، نوسان‌سازها (نوسان‌سازهای دیودی، بازخوردی، بازتابشی، انتقالی و واکنش)، محدودکننده‌های فرکانس-گزینشی، عناصر آنتن تشدیدگر دی‌الکتریک (DRA).