第4章 微波谐振腔.pptVIP

第四章 微波谐振腔 第四章 微波谐振腔 第四章 微波谐振腔 第四章 微波谐振腔 第四章 微波谐振腔 第四章 微波谐振腔 第四章 微波谐振腔 第四章 微波谐振腔 第四章 微波谐振腔 第四章 微波谐振腔 第四章 微波谐振腔 第四章 微波谐振腔 第四章 微波谐振腔 第四章 微波谐振腔 第四章 微波谐振腔 第四章 微波谐振腔 第四章 微波谐振腔 第四章 微波谐振腔 第四章 微波谐振腔 第四章 微波谐振腔 第四章 微波谐振腔 第四章 微波谐振腔 * * 4-1 概述 微波谐振腔广泛应用于微波信号源、微波滤波器及波长计中。它相当于低频集总参数的LC谐振回路，是一种基本的微波元件。 一.结构 封闭的金属空腔，可以定性地看作是由集总参数LC 谐振回路过渡而来的，如图所示。但实际使用的谐振腔必须与外电路连接。即谐振腔必须有输入端口，或有一个输入端口和一个输出端口，通过这些端口使谐振腔与外电路相耦合以进行能量交换。 二.主要技术指标 1. 谐振频率 f0 或谐振波长?0 ： 指谐振腔中该模式的场量发生谐振时的频率，它是描述谐振器中电磁能量振荡规律的参量。 2. 谐振模式 3. 品质因数 4-2 微波谐振腔的品质因数 品质因数Q是微波谐振器的一个主要参量，它描述了谐振器选择性的优劣和能量损耗的大小，其定义为 一.品质因数定义 式中W0为谐振器中的储能，PL为谐振器中的损耗功率。 1. 固有品质因数Q0 （空载）： 式中 为谐振腔内储存的磁能的时间平均值 为谐振腔内储存的电能的时间平均值 为谐振腔自身损耗功率 代表谐振腔本身质量的优劣，值大表明腔本身功耗小，自身质量优良。 2. 外部品质因数Q e ： 式中 为与谐振腔相连接的外部负载消耗的功率 代表谐振腔向外部负载提供能量的效率高低。 3. 有载品质因数QL ： 衡量整个谐振系统质量优劣的综合参量。 二、谐振腔的电磁能量关系及功耗 微波谐振腔中电磁能量关系和集总参数LC 谐振回路中能量关系有许多相似之处，如图。 但微波谐振器和LC谐振回路也有许多不同之处。 1.LC谐振回路的电场能量集中在电容器中，磁场能量集中在电感器，而微波谐振器是分布参数回路，电场能量和磁场能量是空间分布的； 2.LC谐振回路只有一个谐振频率，而微波谐振器一般有无限多个谐振频率,另外，微波谐振器有不同的谐振模式(即谐振波型) ； 3.微波谐振器可以集中较多的能量，且损耗较小，因此它的品质因数远大于LC集中参数回路的品质因数。 腔内电场能量时间平均值 腔内磁场能量时间平均值 谐振时： 腔内总的电磁能量时间平均值： 1.电能与磁能 2.腔体功耗 3.固有品质因数计算公式 4－3 同轴谐振腔 同轴谐振腔通常分为?/2型、?/4型及电容加载型三种。 (一) ?/2型同轴谐振腔 结构 ?/2型同轴谐振腔由两端短路的一段长度为l的同轴线构成，长度l取半个波长的整数倍。 2. 谐振条件 由上式可导出谐振波长?0与腔体长度l 的关系为 得谐振条件： 2）谐振具有多模性 4. 固有品质因数（TEM模下） 当(b/a)=3.6时，同轴腔的品质因数Q0达最大。 3. 讨论 1）谐振具有多谐性。 n＝0时 得最短谐振长度 或得最大谐振波长 对应最低谐振频率 (二) ?/4型同轴谐振腔 结构 ?/4型同轴谐振腔由一端短路，另一端开路的一段长度为l的同轴线构成，长度l 比?/2的整数倍多?/4 。 ?/4型同轴谐振腔 2.谐振条件 谐振时应满足： 由上式可导出谐振波长?0与腔体长度l 的关系为 得谐振条件： 3. 讨论 1）多谐性。 n＝0时 得最短谐振长度 或得最大谐振波长 对应最低谐振频率 2）谐振具有多模性 3）为减少开路端的辐射损耗，延长外导体形成一段截止圆波导，应取 (三) 电容加载型同轴谐振腔 电容加载型同轴谐振腔，总长度为l+d的同轴线一端短路，另一端将内导体截掉d长度之后，将外导体用金属板封闭，如右图所示。 谐振条件： 满足谐振条件的C值由右式确定 如果将缝隙电场近似看作均匀分布，则式中C 可按平板电容公式计算 ?0为空气的介电常数，a为同轴腔内导体半径，d为缝隙宽度。 4－4 矩形谐振腔 矩形谐振腔是由一段两端短路的矩形波导构成，它的 横截面尺寸为a?b，长度为l，如下图所示。 1.谐振条件 结构与半波长同轴腔相同，故谐振长度l应为半个谐振 相波长的整数倍，得谐振条件 式中?c为波导中相应