同轴谐振腔.pptVIP

§5.3　同轴谐振腔和微带谐振腔 一、同轴线谐振腔(Coaxial Cavity) §5.4　谐振腔的调谐、激励与耦合 一、谐振腔的调谐 二、谐振腔的激励与耦合 * 第 5 章　微波谐振腔 一、同轴线谐振腔 二、微带谐振器 　　同轴线和微带线分别工作于 TEM 模和准 TEM 模，因此由它们所构成的谐振腔具有工作频带宽、振荡模式简单和场结构稳定等优点。 　　同轴线谐振腔共有三种形式：?/2 同轴腔，?/4 同轴腔和电容加载同轴腔。 　　1．?/2 同轴线谐振腔 　　 ?/2 同轴线谐振腔是由一段两端短路的同轴线构成的，如图 5.5-1 所示。 图 5.5-1　?/2 同轴线谐振腔 　　 　　　　　　　　图中 D = 2b 为同轴腔的外导体的内直径，d = 2a 为同轴腔的内导体直径。 图 5.5-1　?/2 同轴线谐振腔 　　为了满足腔的两端面为纯驻波电压波节点的边界条件，在谐振时其腔长应等于 ?0 /2 的整数倍，即 l = p ? ?0/2(p = 1，2，3，???)。 　　　　　 因此， ? /2 同轴线谐振腔的谐振波长为 当腔长 l 一定时，相应于 不同的 p 值存在许多个谐 振波长 l0， 这种特性称为 多谐性； 　　　 2）当谐振波长一定时，存在许多个谐振腔的长度 l 满足该谐振频率 f0。 　　同轴腔的品质因数可由以下公式计算 由此可见，当外导体内直径 D 一定时，Q0 是(D/d)的函数。 计算结果表明，(D/d)? 3.6 时，Q0 值达最大，而且在 2 ? (D/d) ? 6 范围内，Q0 值的变化不大。 　　2．?/4 同轴线谐振腔 　　?/4 同轴线谐振腔是由一段一端短路，一端开路的同轴线构成的，如图 5.5-2 所示。 图 5.5-2　?/4 同轴线谐振腔 　　 ?/4 同轴线谐振腔的开路端是利用一段处于截止状态的圆形波导来实现的。 　　　　　　　　　根据两端面边界条件，在谐振时，其腔长等于 ?0/4 的奇数倍，即 l = [(2p ? 1)?0]/4 (p = 1，2，3 ，???) 。 　　　　因此， ? /4 同轴线谐振腔的谐振波长为 　　 ?/4 同轴线谐振腔的品质因数为 　　 ?/4 同轴线谐振腔与 ?/2 同轴线谐振腔的差别仅在于它少一个端面的导体损耗。 　　 ?/2 和 ?/4 同轴线谐振腔的横向尺寸的选择应由下列条件确定： 　　 (1)为保证同轴线谐振腔工作于 TEM 模而不出现高次模要求 ?(d ? D)/2 ?0min 即 ?(a ? b) ?0min 　　 (2)为保证同轴线谐振腔有较高的 Q0 值，应取 2 ? (D/d) ? 6 即 2 ? (b/a) ? 6 　　 (3)对于 ?/4 同轴线谐振腔还要保证开路端的圆形波导处于截止状态，应要求：1.71D ?0min，即 3.41b ?0min 。 　　同轴线谐振腔主要用于中、低精度的宽带波长计及振荡器、倍频器和放大器等。 　　3．电容加载同轴线谐振腔 　　电容加载同轴线谐振腔的结构和尺寸关系如图 5.5-3 所示。 图 5.5-3　电容加载同轴腔 　　　电容加载同轴线谐振腔的等效电路如图 5.5-4 所示。 图 5.5-4　电容加载同轴腔的等效电路 　　从等效电路可以看出，其内导体的间隙部分可看作为一个集中电容，而其余部分可看作一段终端短路的同轴线，因此称它为电容加载同轴线谐振腔。 图 5.5-3　电容加载同轴腔 图 5.5-4　电容加载同轴腔的等效电路 　　谐振电路的谐振条件是：谐振时在某一参考面上，电路的总电纳应等于零，即 B(f0) = 0。 　　　　　　　　　　　　　　　　在图 5.5-4 所示的等效电路中，对于参考面 AA?，应该有 求解上式给出的方程即可确定谐振频率 f0 。 图 5.5-4　电容加载同轴腔的等效电路 　　等效电路中集中参数的电容 C 由两部分组成：一部分是由内导体端面与端壁构成的平板电容，另一部分是由内导体侧面与端壁构成的边缘电容。 　　图 5.5-5 给出了内导体端面与端壁之间电容的示意图。 图 5.5-5　电容加载同轴腔的 　　　　　边缘电场线 作为定性分析，假设图 5.5-5 中边缘电场线为 1/4 圆弧。 图 5.5-5　电容加载同轴腔的 　　　　　边缘电场线 　　内导体端面与端壁之间平板电容可按下式来计算： 　　假设边缘电场线为 1/4 圆弧的边缘电容可按下式近似计算： 等效电路中集中参数的电容 C 为两部分之和，即 C = C1 + C2 图 5.