Объемный резонатор своими руками

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 18.09.2024

Подавляющую часть конструкций СВЧ-резонаторов можно назвать объемными. Для объемной конструкции характерна распределенность электрической W_E и магнитной W_H энергий по объему резонатора, в колебательных системах с сосредоточенными LC-эле- ментами W_F сосредоточена в емкости С, a W_H в индуктивности L. Действие объемных резонаторов основано на поведении и свойствах электромагнитного поля в некоторой конечной области пространства. У открытых резонаторов часть поля собственного колебания представляет собой расходящиеся (вытекающие) волны излучения. Однако при достаточной добротности всегда можно указать конечную область, в которой происходят собственно резонансные явления и сосредоточена подавляющая часть запасенной энергии.

Явление резонанса в объемных резонаторах заключается в накоплении энергии за счет практически синфазного многократного наложения в этой области распространяющихся электромагнитных волн. Разность фаз между последовательными наложениями на резонансной частоте составляет 2ttN, где N = 1, 2, 3, . - порядок резонанса. При удалении частоты от резонансной эффект накопления и соответственно суммарное поле и энергия резко ослабевают. Это определяет важнейшее свойство резонаторов - характерную сильную зависимость запасенной энергии и, следовательно, внешних характеристик от частоты, вернее от соотношения размеров и длины волны.

Итак, действие всех видов объемных резонаторов основано на многократном наложении волн. Такое наложение можно организовать двумя способами:

а) свернуть какую-либо направляющую структуру в кольцо. Результат - кольцевой резонатор или резонатор бегущей волны;
б) создать в отрезке направляющей структуры два (или более) отражателя, тогда накладываться будут как волны одного направления распространения, так и (отдельно от них!) волны противоположного направления. Сумма этих наложений образует резонансное колебание в виде стоячей волны. Такие резонаторы обычно называются резонаторами стоячей волны.
4.2. Конструкции и свойства объемных СВЧ-резонаторов

Для простых конструкций объемных резонаторов, составленных из одного или нескольких почти одинаковых элементов, главный признак - материал. Здесь естественно выделяются три класса резонаторов: из металлических элементов (МЭ) - металлические; из диэлектрических элементов (ДЭ) - диэлектрические; из МЭ и ДЭ - металлодиэлектрические. Форма элементов у перечисленных классов резонаторов играет различную роль.

Наиболее существенным признаком формы металлических резонаторов (МР) является то, образует ли МЭ замкнутую полость. Замкнутость полости относит МР к классу закрытых резонаторов и придает им определенный хорошо известный комплекс свойств: дискретный спектр собственных колебаний и бесконечную их добротность при идеальной проводимости металла и идеальном диэлектрике внутри полости; отсутствие явлений самофильтрации (почти все типы колебаний в реальных МР обладают добротностью одного порядка) и др. Изменение формы полости не меняет качества описанных свойств.

Если замкнутых полостей у МР нет, а резонансный эффект имеет место, такой резонатор является открытым. Диапазон их конструкций весьма широк от отрезка двухпроводной линии, до зеркального открытого резонатора (как в лазерах).

Открытые резонаторы обладают резко отличным от закрытых комплексом свойств: спектр является непрерывным; даже при идеальной проводимости металла и идеальных диэлектриках все резонансы имеют конечную добротность (из-за излучения) - часто этот факт отражается характером резонансной частоты. Но именно в силу возможности излучения открытые резонаторы могут обладать, в частности, свойством самофильтрации - резкой зависимостью добротности от вида и номера колебания. Изменение формы таких резонаторов, как правило, весьма сильно влияет на их свойства, например, может полностью устранить добротные резонансы.

Объемный резонатор представляет собой замкнутую полость, ограниченную металлическими стенками, внутри которой существуют электромагнитные колебания.

Конфигурация объемного резонатора может быть любой, однако практически наиболее применимы прямоугольный (рис. 7.15, а), цилиндрический (рис. 7.15, б), коаксиальный (рис. 7.16, а) и квазиста- ционарный торовидный (рис. 7.16, б) объемные резонаторы. Все они, кроме последнего, являются по существу закороченными на концах отрезками волноводов. В таких резонаторах могут наблюдаться колебания типа Е, у которых Н₂ = 0, и колебания типа Н, у которых E_z = 0. Анализ полей в резонаторах производят посредством решения уравнения Гельмгольца для составляющих E_z и Н₂ при равенстве нулю тангенциальной составляющей электрического поля на стенках резонатора.

Рис. 7.15. Объемные резонаторы:

а — прямоугольный; б — цилиндрический

В результате получаются выражения для резонансной частоты и для составляющих векторов поля в резонаторе.

Рис. 7.16. Объемные резонаторы:

а — коаксиальный; б — торовидный

Прямоугольный объемный резонатор. Резонансная частота колебаний типа Н_тпр или Е_тпр:

где а,Ь,1 — геометрические размеры резонатора (см. рис. 7.15, а). Составляющие векторов поля для колебаний типа Н_тпр:

где C — произвольный амплитудный множитель.

Составляющие векторов поля для колебаний типа Е_тпр:

Индексы m, n, p означают число вариаций поля в резонаторе по осям х, у и z соответственно.

Основным типом колебаний в прямоугольном резонаторе, имеющем минимальную резонансную частоту, в зависимости от соотношения размеров а,Ъи1 могут быть Н_ш, Н_оп или ?₁₁₀. Так, при Ъ _р - . -не зависит от длины резонатора.

Рис. 7.19. Картина силовых линий поля Е₀₁₀

В общем случае, когда резонатор представляет собой закороченный с обоих концов отрезок произвольного волновода, резонансную длину волны определяют из условия

где р — целое число (продольный индекс); А_в — длина волны в волноводе (линии передачи).

где Уф — фазовая скорость волны в линии передачи, на базе которой выполнен резонатор. В частности, для основного колебания типа Т_г объемного резонатора, представляющего собой закороченный с обоих концов отрезок коаксиальной линии передачи (см. рис. 7.15, а):

Энергия, запасенная в объемном резонаторе любого типа:

где ? и Н — амплитудные значения напряженности электрического и магнитного полей; интегрирование ведется по объему резонатора. В частности, для колебаний типов Я_10], Н₀₁₁, ?₁₁₀ в прямоугольном объемном резонаторе

где ?_тах — максимальная амплитуда напряженности электрического- поля в резонаторе.

В цилиндрическом объемном резонаторе энергию, запасенную колебаниями различных типов, вычисляют по следующим формулам: колебание типа ?₀₁₀

колебание типа ?₀₁₁

колебание типа Н₁₀₁

колебание типа Н_п

Добротность объемного резонатора определяют как отношение энергии электромагнитного поля, запасенной в резонаторе, к энергии, теряемой за период собственных колебаний:

Для колебаний типа Н_т в прямоугольном резонаторе

Добротность важнейших типов колебаний в цилиндрическом резонаторе рассчитывают по следующим формулам: колебание типа ?₀₁₀

колебание типа Е₀₁₁

колебание типа Н₀₁₁

колебание типа Н_П1

В формулах (7.11)—(7.16) учитываются лишь потери в металлических стенках резонаторов. Если резонатор заполнен диэлектриком с потерями, то результирующая добротность

где Q_M — добротность резонатора, обладающего лишь потерями в металлических стенках; tg 5_Э — тангенс угла потерь вещества, заполняющего резонатор.

а) свернуть какую-либо направляющую структуру в кольцо. Результат - кольцевой резонатор или резонатор бегущей волны;
б) создать в отрезке направляющей структуры два (или более) отражателя, тогда накладываться будут как волны одного направления распространения, так и (отдельно от них!) волны противоположного направления. Сумма этих наложений образует резонансное колебание в виде стоячей волны. Такие резонаторы обычно называются резонаторами стоячей волны.
4.2. Конструкции и свойства объемных СВЧ-резонаторов

Для того чтобы определить для себя, какой именно нужен глушитель, необходимо знать все функции данного устройства.

Во-первых, он подавляет шум, но делается это в несколько этапов. На первом эту функцию выполняет резонатор глушителя, он ставится сразу после коллекторных трубок, то есть является первой или передней камерой стандартного агрегата. Данный резонатор не только подавляет первичные звуковые волны, но и выравнивает пульсацию газового потока от двигателя.

Глушитель в автомобиле является очень важной деталью

Во вторых, в следующей камере происходит полное поглощение шума от работающего двигателя. Это достигается различными методиками отвода газов, например, смещение потока на 90 градусов или использование перфорированных трубок внутри основной камеры, но чаще методы объединяются в одном устройстве.

В третьих, глушитель способен очищать выхлопные газы. Это происходит на молекулярном уровне с применением сетки из золота или платины, через которую проходит отработанный газ. Понятно, что из-за дороговизны материалов данные системы устанавливаются не во все автомобили. Но, тем не менее, такие глушители применяются довольно широко.

Выявление дефектов резонаторов

Все перечисленные дефекты в той или иной степени ухудшают качество звучания инструментов: уменьшают громкость или вызывают одновременное звучание нескольких язычков, ухудшают возбудимость язычков или увеличивают расход воздуха. Поэтому их можно в большинстве случаев выявить путем проигрывания на инструменте.

Для определения причин плохого звучания необходимо разобрать гармонь и тщательно проверить планки и резонаторы.

Выявление дефектов резонаторов следует начинать с проверки прочности и точности установки резонаторов. Если резонатор установлен правильно, дефекты следует искать в монтаже планок на резонаторы. При отсутствии дефектов в монтаже голосовых планок на резонаторы (щели между планками и резонатором хорошо пролиты мастикой) следует снять планки и проверить резонаторы. Проверке подвергают все клеевые соединения и детали резонатора.

У съемных резонаторов между декой и розетками может проходить воздух из-за неплотных стыков лайковых прокладок на розетках или их неодинаковой толщины.

Виды и их отличия

Видов глушителей несколько и у каждого есть свои индивидуальные особенности. Ниже подробно описано о каждом.

Отражательные

Иногда их называют реактивными. Принцип работы построен на многократном отражении звука. Это обеспечивается путём изменения диаметра трубок или количества разветвлений.

Резонаторные

Это те же реактивные, но с немного измененной конструкцией. Ослабление звука обеспечивается благодаря слабо демпфированным резонансам своих элементов.

Существует несколько видов глушителей

Ограничительные

Это самый простой тип устройства, основанный на смене большого отверстия малым. Что значительно снижает мощность двигателя.

Поглотительные

Простой, но не очень эффективный глушитель, действие которого основано на поглощении звуковых волн в шумопоглащающем материале. Обычно это базальтовая вата, выложенная вокруг газоотводной трубки.

Выводы

Какова бы ни была цель замены глушителя и причина возникновения желания изготовить его самостоятельно, в обеих технологиях нет ничего сложного, если обладать базовыми навыками сварщика.

Для большинства моих подписчиков не секрет что я специализируюсь на изготовлении элементов выхлопной системы, а именно на изготовлении резонаторов и глушителей.

Начнем с резонатора.

— Объем резонаторов/глушителей и их количество.

Тут все наоборот нежели с диаметром трубы, чем больше — тем тише. Если нет возможности сделать большой резонатор/глушитель, то можно установить два поменьше.

Как сделать глушитель на авто своими руками?

Сделать глушитель своими руками не очень сложно, если есть соответствующий инструмент и опыт работы с ним.

Глушитель своими руками из нержавейки

Из нержавейки

В данном случае изготовление глушителя своими руками будет разбито на несколько этапов:

На первом подготавливается труба для прямотока. Выбирать её длину нужно опираясь на модель автомобиля и пространство под днищем. Диаметр трубы зависит от объёма двигателя. Так, например, для силового агрегата, объёмом от 1.6 до 2 л рекомендуется применять трубу диаметром 55 мм. В ней необходимо проделать ряд отверстий из расчёта – чем их больше, тем ниже будет шум двигателя, но нельзя забывать о потере прочности трубы при сильной перфорации.
Далее изготавливается банка глушителя. Она должна быть такого диаметра, чтобы в неё входила труба с фланцами. Корпус банки изготавливается из нержавейки толщиной 2 мм. Он сгибается и сваривается по правилам, разработанным именно для этого типа металла. Ведь он намного более упругий и прочный чем обычное железо.
На третьем этапе труба с перфорацией и приваренными фланцами обматывается жаропрочным материалом, а поверх него закрепляется базальтовая вата. В принципе, можно использовать обычную стекловату, но она недолговечна в таком устройстве, ведь глушитель автомобиля постоянно вибрирует и волокна ваты в результате будут ломаться и рассыпаться.
На последнем этапе труба помещается внутрь полученной банки из нержавейки и приваривается через заранее закреплённые на ней фланцы, закрывающие переднюю и заднюю часть конструкции.

Рекомендуется проваривать все швы с высокой точностью, чтобы не было микроотверстий, тогда глушитель прослужит долгие годы, оставаясь герметически закрытым.

Процесс выполнения работы

Из огнетушителя

Чтобы сделать глушитель из огнетушителя, понадобится пустой огнетушитель, высотой примерно 0,5 метров. Труба для прямотока изготавливается, так же, как и в первом варианте – в ней просверливаются отверстия по всей длине.

Сам огнетушитель нужно подготовить к установке в него трубы. То есть, обрезать переднюю и заднюю части, в дальнейшем они будут выполнять роль, фланцев.

В отрезанных частях огнетушителя прорезаются отверстия с диаметром, соответствующим перфорированной трубе. Затем они надеваются на неё и тщательно привариваются. На саму трубу наматывается теплоизолятор и базальтовая вата. После этого труба помещается в корпус огнетушителя и заваривается со стороны отрезанных ранее фланцев.

Из термоса

В данном случае в качестве камеры поглощающей шум выступает колба из-под термоса. Понятно что не из стекла, а из нержавейки. Так как термос, даже большой, для полноценного глушителя подходит не очень хорошо, его можно расположить в самом конце трубы, как последний маленький прямоток. Для этого в нижней части термоса, в наружной его стенке, прорезается отверстие, а нижняя часть внутренней стенки, перфорируется сверлом. Затем конструкция приваривается на выхлопную трубу, так, чтобы её кромка была на внешней стенке устройства.

Выхлоп на уаз 469 своими руками

Машину оборудовали шноркелем (защита двигателя от пыли и воды), который обычно применяется профессиональными гонщиками для преодоления мелководных ручьев, рек и болотистой местности во время гоночных заездов. Максимальная глубина брода, которую УАЗ Краб может преодолеть своими силами, достигает 1.2 метра. Самодельный выхлоп сделали прямоточным, выведя трубы в обе стороны автомобиля. На 100 километров полноприводный двухместный Краб, весящий 1600 килограммов, расходует от 15 до 17 литров бензина марки АИ-95.

Как сделать прямоток тише?

Сделать звук своего авто не просто тихим, но и неповторимым и красивым, помогут несколько специальных насадок на выхлопную трубу. Их вполне можно изготовить самостоятельно.

Глушитель своими руками из огнетушителя

Флейта

Самое распространённое устройство в этом направлении – так называемая флейта. Представляет она собой перфорированную трубку, закреплённую внутри металлического корпуса, длинной не более 25 см. Она способна снижать звук выхлопа на 4-5 ДБ.

Изготовить ее несложно:

для начала берётся труба диаметром чуть меньшим выхлопной трубы;
в ней просверливаются отверстия по всей длине, а к одному из её концов приваривается металлический диск с отверстиями для болтов;
точно такой же диск приваривается к срезу выхлопной трубы;
после этого труба с перфорацией помещается в выхлопную трубу, а диски скрепляются между собой болтами.

Заслонка

Прямоток с заслонкой способен приглушать звук выхлопа, но без потерь его мощности. Данное устройство широко применяется в среде гонщиков – любителей, так как в городе они ездят без лишнего шума, а вот на трассе заслонка открывается, шум усиливается, но мощность двигателя поднимается на 10-15 %.

Изготовить такой глушитель своими руками на авто полуспортивного типа вполне возможно, но заслонка не будет автоматической. Управление осуществляется ручным приводом с тросиком. Для облегчения работы по изготовлению прямотока с заслонкой используется верхняя часть от старого карбюратора. Она вваривается в корпус из нержавейки, а трос выводится в кабину.

В среде автолюбителей о том, как сделать глушитель своими руками, знают многие. Информация постоянно пополняется различными новыми устройствами и модификациями. Цель такой работы ясна – сохранение мощности двигателя и придание своему авто неподражаемого звучания. Поэтому можно и нужно, не бояться экспериментировать и разрабатывать что-то новое в данном направлении.

Пошаговая инструкция по изготовлению

Чтобы изготовить глушитель на автомобиль и успешно инсталлировать самоделку, нужно придерживаться рекомендаций:

Сделайте замеры, сформируйте банку узла из металлической заготовки.
Высверлите отверстия в трубах банки.
Приварите трубы к отражателям и перегородкам.
Нацепите и зафиксируйте кожух, а также торцевые заглушки.
Установите крепежные элементы.
Закрепите готовую деталь.

Изготовление глушителя своими руками

После монтажа нового выпускного устройства звук мотора может измениться: стать сильнее или тише, что зависит от качества работы.

Упражнения для нижних резонаторов

И напоследок хочу предложить несколько упражнений для артикуляционного аппарата. Правильная артикуляция — это залог хорошей дикции и звучания голоса.

Ремонт при мощи герметика

Часто неопытные водители думают, что герметиками можно залатать любые повреждение. Но это далеко не так, оно идет просто как дополнительная защита соединений. Герметиками чаще всего закоксовывают жесткие стуки, где сходятся разные элементы системы и ужимные кольца. Также его можно взять, если соединительные элементы были подобраны неправильных размеров или прокладка была заменена на новую. Герметизация при помощи герметика позволяет упростить в дальнейшем процесс ее разборки выхлопной системы.

Читайте также: