微波技术——第六章.ppt

* 第6章 微波谐振器 微波谐振器应用：滤波器，振荡器、频率计、可调谐放大器 本章内容： 1、回顾集总参数谐振电路特性 2、研究微波频率下分布参数谐振器的实现 6.1 串联和并联谐振电路 6.1.1 串联谐振电路 输入阻抗： 传输复功率： 改写：复功率 输入阻抗 谐振 纯实数 Q值 R减小 Q值增加 接近谐振频率时（ －0）的输入阻抗 上述近似式应用—由无耗谐振器模型分析有耗谐振器 无耗谐振器 谐振频率替代 有耗谐振器 半功率带宽 当频率使得 6.1.2 并联谐振电路 改写：复功率 输入阻抗 谐振 纯实数 Q值 R减小 Q值减小 与串联谐振相同 与串联谐振不同 接近谐振频率时（ －0）的输入阻抗 无耗谐振器 有耗谐振器 半功率带宽 与串联谐振相同 6.1.3 有载和无载Q 负载电阻的存在导致Q值下降。对于串联谐振电路，负载电阻导致电路电阻增加；对于并联谐振电路，导致电路总电阻下降。 无载Q：不存在外电路的Q值，反映谐振器本身特性 有载QL：外电路存在时的Q值 外部Qe： 几种Q值关系： 6.2 传输线谐振器 理想集总参数元件在微波频率下难以实现，谐振器通常采用分布参数元件实现。 6.2.1 短路λ/2传输线 双曲正切变换 无耗 在谐振频率附近 考虑低损耗 考虑TEM模 考虑λ/2（中心频率处）传输线 简化1 简化2 输入阻抗为： 对比集总参数串联谐振电路： 高阶小量 特点： 1、多谐特性 2、Q值随衰减增加而降低 6.2.2 短路λ/4传输线（并联谐振） 在谐振频率附近 考虑低损耗 考虑TEM模 考虑λ/4（中心频率处）传输线 简化1 简化2 输入阻抗： 高阶小量 对比集总参数并联谐振电路： 6.2.3 开路λ/2传输线（并联谐振） 例 6.2 6.3 矩形波导谐振腔 结构：由两端短路的矩形波导构成。如图6.6所示 工作原理：与上节所述传输线谐振器相同。（矩形波导也是传输线的一种） ？为什么不用开路波导构成矩形波导谐振腔 谐振腔中的谐振频率和Q值：谐振腔中的电能和磁能被存储于谐振腔内部，功率在谐振腔腔壁和填充介质中消耗。 6.3.1 谐振频率（考虑无耗腔） 1、求解满足特定边界条件下的波导波动方程。 2、从波导场量的导出式出发，直接应用边界条件。 矩形波导TEmn，TMmn模式的横向场分量可以表示为： 注：此式说明 1、以z方向为电磁波的主传输方向 2、x，y方向的边界条件已经得到满足，体现在e(x,y)中 3、 A＋，A－是该模式正向和反向行波的振幅 利用边界条件 z＝0处边界条件 z＝d处边界条件 A＋＝－A－ 结论：在谐振频率处谐振腔的长度必须是半波长的正数倍！矩形腔是以波导形式出现的短路λ/2传输线谐振器。 波导谐振波数 谐振频率： m，n，l为场x，y，z方向的半波数。当bal时TE波谐振的主模是TE101模 6.3.2 TE10l模式的Q值 模式场分布 储能 电能 磁能 ＝ P92-93 结论：与RLC振荡器一样，在谐振时We＝Wm。 损耗：Pl＝Pc＋Pd 导体损耗Pc 有耗导体无耗介质的Q值： 介质损耗Pd 有耗介质无耗导体的Q值： 总的Q值 6.4 圆波导腔 结构：由两头短路的圆波导腔构成 主模：TE111模式 用途：用做微波频率计 用于微波频率计的模式：TE011模式 6.4.1 谐振频率 从波导场量导出式，直接应用边界条件分析谐振频率 对于TE波 对于TM波 回顾： 利用边界条件 z＝0处边界条件 z＝d处边界条件 A＋＝－A－ TE波谐振频率： TM波谐振频率： 模式图： 用于圆柱谐振腔设计 * 第6章 微波谐振器