Gourt Home::Gourt :: Hohlraumresonator
Ein Hohlraumresonator verwendet Resonanz zur Verstärkung einer Welle. Dabei sind die Innenwände derart ausgerichtet, dass Reflexion einer Welle zwischen ihnen möglich ist. Wenn eine mit dem Hohlraum resonante Welle in diesen eintritt, wird sie im Hohlraum verlustarm hin und her reflektiert (siehe: Stehende Welle). Je mehr Wellenenergie in den Hohlraum gelangt, desto besser überträgt sich diese auf die stehende Welle und verstärkt deren Intensität.
Beispiele für Hohlraumresonatoren:
- Die Klystron-Röhre eines Mikrowellenherdes (siehe auch Magnetron)
- Das zylindrische Rohr einer Flöte
- Der Korpus einer Violine.
Hohlraumresonatoren in der Hochfrequenztechnik
Hohlraumresonatoren spielen in der Hochfrequenztechnik eine wichtige Rolle. Mit Hilfe von Hohlraumresonatoren lassen sich gute Filter auch für sehr hohe Frequenzen entwickeln.
Die Resonanzfrequenzen eines rechteckigen Hohlraumsresonators lassen sich mit folgender Gleichung berechnen:
wobei einer der Parameter m, n, oder p auf Null gesetzt werden darf und a, b und c die Abmessungen sind.
Ein Hohlraumresonator hat somit eine unendliche Anzahl von Resonanzfrequenzen.
Die niedrigsten Resonanzfrequenzen lassen sich noch gut trennen. Höhere Resonanzfrequenzen liegen jedoch immer dichter beieinander und gehen sogar ineinander über. Dadurch ist eine Trennung aufgrund der endlichen Bandbreite nicht mehr möglich.
Man nennt dies die Resonanzfrequenzdichte.
Um eine Resonanz im Hohlraumresonator hervorzurufen, muss Energie zugeführt werden. Da Hohlraumresonatoren eine Dämpfung besitzen, klingt diese Resonanz wieder ab, wenn keine Energie mehr zugeführt wird. Die Energiezuführung geschieht in der Regel durch eine Form des Wellenleiters. Die Ankopplung des Wellenleiters ist abhängig von der Art des Wellenleiters und der Moden, die angeregt werden sollen, und lässt sich in kapazitive und induktive Ankopplung einteilen.
Beispiel-Berechnung der Resonanzfrequenzen:
Hohlraumresonator mit den Abmessungen: a = 30 cm, b = 20 cm und c = 10 cm
| m | n | p | f0cavity resonator> |
|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 0 | 901,4 MHz |
| 2 | 1 | 0 | 1,25 GHz |
| 1 | 0 | 1 | 1,58 GHz |
| 0 | 1 | 1 | 1,68 GHz |
| 3 | 1 | 0 | 1,68 GHz |
Laser
In einem Laser, wird Licht einer bestimmten Frequenz in einem Hohlraumresonator verstärkt, der gewöhnlich aus einer Anordnung von zwei oder mehreren Spiegeln besteht.
Hohlraumresonatoren in der Akustik
In der Akustik werden ungedackte Hohlraumresonatoren (beidseitig offen) auch als Lambda-Halbe-Resonatoren bezeichnet. Sie entsprechen in ihrer Länge genau einer halben Wellenlänge der Resonanzfrequenz des Hohlraums. Wenn eine Seite offen ist und eine geschlossen (gedackter Resonator) spricht man von einem Lambda-Viertel-Resonator. Orgelpfeifen gibt es in beiden Ausführungen.
Eine 10 m lange, ungedackte Pfeife erzeugt einen Ton mit einer Frequenz von (f = Frequenz, c = Schallgeschwindigkeit und = Wellenlänge). Eine gedackte Pfeife muss nur halb so lang sein, um einen Ton mit der gleichen Frequenz zu erzeugen. Sie hat aber andere Obertöne.
Hohlraumresonatoren bei Wasser
Bei Wasserwellen (Schwerewellen) kann in ähnlicher Weise von einem Beckenresonator gesprochen werden:
Für Tideresonanz stellt die in einer Bucht schwingfähige Wassermasse den Beckenresonator dar. Siehe Beckenschwingung, Seiche.
Bei Wellenresonanzen können vom erregenden Wellenspektrum gleichzeitig mehrere Eigenfrequenzen einer zwischen der Küste und vorgelagerten Riffen schwingfähigen Wassermasse getroffen werden, sodass dieselbe Wassermasse unterschiedlichen Beckenresonatoren zugeordnet werden kann. Siehe Beckenschwingung, Seiche.
"Hohlraumresonator"