微波技术基础9-其他形式的谐振器.ppt

构成：由一小段长度为的圆形、矩形或者环形低损耗高介电常数且Q值高的、对温度变化稳定的介质波导制成。 优点：体积小，Q值高，温度稳定性好，成本低，便于集成。 将圆柱介质谐振器看成一段圆柱形介质波导，上下的空气区域看成截止波导，假设r = a为圆柱面的磁壁边界条件。 已假设r = a的圆柱面为磁壁，则该处的Hz必须为零，于 是有 =0，得介质波数： 在 的端面上，切向场必须连续，因此最终可求得 此即圆柱形介质谐振器TE模式的特征方程。 这样，圆柱介质谐振器TE模式可以表示成 ，最低次 模式为 模式。 孤立圆柱介质谐振器的 模式的场结构 实用的圆柱形介质谐振器多选用 模式工作，有以下特点： 电场和磁场都是圆对称的，与微带线耦合方便； 能量在介质谐振器内的集中程度高，其周围金属引入的损耗小，介质谐振器置于微带线基片上的Q值变化小； 模式容易辨认，其他性能比较容易精确的测量； Q值较高； 缺点是频率特性比较陡，模式介质谐振器的稳定调谐 带宽比较窄。 已知 ， 便可求出谐振频率 其无载Q值可以由下式近似计算： 介质谐振器的Q值一般为5000-10000 使用开波导法求解圆柱形介质谐振器模式的谐振频率。 如图，将横截面分为几个区域。阴影区⑤、⑥中场忽略 不计。 两块平行导体板构成TEM波驻波场。 条件： 该式中的场满足边界条件 由此可以得到 单位面积上的电场储能为 单位面积的磁场储能为 平行板之间的单位面积功率损耗为 导体损耗的Q值为 结果说明，这种开式谐振腔的Q值与模数成正比，即随模 数增多而增大。 开式谐振器的稳定性 有限大开式谐振腔面临以下情况而产生不稳定（场发散）: 激励的波的传播方向与子轴平行； 两反射板不完全平行或反射板面不平整。 解决方法：平行板变为曲面镜（球面镜）； 实质：将场（能量）限制在镜面轴线附近窄小区域内， 防止场发散。 几何光学证明满足以下条件时，图所示开式谐振腔可形 成稳定的模式： 直接耦合 直接耦合机构中，电磁波经导行机构耦合到谐振器的过程中，不会因耦合机构而改变模式，耦合机构仅起变换作用，可用一个变换器来等效。 探针耦合和环耦合 电耦合 磁耦合 孔耦合 孔耦合（又称为窗孔）应设置在谐振器与输入波导之间 以使谐振器中模式的场分量与输入波导的场分量一致。 耦合的影响 影响有二： (1)在谐振器中引入一个电抗，使谐振器失谐，即使谐振频率改变 ； (2)在谐振器中引入一个电阻，使谐振器的能量损耗增大，从而使其Q值降低。 定义耦合系数： ① 称谐振器与馈线为欠耦合或松耦合; ② 称谐振器与馈线为临界耦合; ③ 称谐振器与馈线为过耦合或紧耦合。 * * 微波谐振器 其他形式的谐振器 介质谐振器 开式谐振器 介质谐振器 微波谐振器 微波谐振器—介质谐振器 原理上类似于金属波导谐振器 ； 绝大部分场集中在谐振器内部； 介质谐振器外面有一定的边缘场。 与金属谐振器的异同： 求解方法：混合磁壁法，开波导法和变分法。 微波谐振器 微波谐振器 孤立圆柱形介质谐振器 用混合磁壁法来求解TE模式的谐振频率。 微波谐振器 TE模满足如下方程 场在介质内应呈驻波分布，在介质外为衰减状态。 用分离变量法可求得解为 微波谐振器 m=0，1，2，…；n=0，1，2 微波谐振器 微波谐振器 微波谐振器 微波谐振器 屏蔽的圆柱形介质谐振器 微波谐振器 MIC中介质谐振器与电路的耦合 微波谐振器 法布里——珀罗谐振器（开式谐振器） 微波谐振器--法布里-珀罗谐振器 微波谐振器—开式谐振器 工作原理 (考虑边界无穷大) 微波谐振器—开式谐振器 微波谐振器—开式谐振器 微波谐振器—开式谐振器 — 球面镜曲率半径 — 纵轴模数 k= 式中，c — 光速 d — 腔距 当两曲面镜曲率半径相等时，谐振频率： 工作模式: TEM00q 电场为高斯分布 微波谐振器—开式谐振器 微波谐振器 谐振器的激励与耦合 微波谐振器 微波谐振器 微波谐振器 微波谐振器 根据耦合系数的大小，有三种耦合状态： 利用 知 而 (可测量Q0值) 若谐振器有N个匹配的耦合端口