第6章微波諧振器

引言微波諧振器（微波諧振腔），廣泛應(yīng)用于濾波器、振蕩器、頻率計及可調(diào)諧放大器中。它相當(dāng)于低頻集中參數(shù)的LC諧振回路，是一種基本的微波元件。微波諧振腔是速調(diào)管、磁控管等微波電子管的重要組成部分。微波諧振器可由一段兩端短路或兩端開路的傳輸線段組成，電磁波在其上呈駐波分布，即電磁能量不能傳輸，只能來回振蕩。因此微波諧振器是具有儲能與選頻特性的微波元件。引言a.尺寸變小，儲能空間小，容量低；b.損耗增加：輻射損耗、歐姆損耗及介質(zhì)熱損耗增大，品質(zhì)因數(shù)低，頻率選擇性差。LC諧振器在微波頻段的缺點：LC諧振器的作用諧振腔的作用低頻…微波…相異點LC回路：一個振蕩模式和一個諧振頻率諧振腔：無限多個振蕩模式和無限多個振蕩頻率相同點無損耗時為無功元件,有損耗時呈純電阻性。從LC回路到諧振腔的演變過程6.1串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路串聯(lián)諧振電路Figure6.1AseriesRLCresonatoranditsresponse.(a)TheseriesRLCcircuit.

(b)Theinputimpedancemagnitudeversusfrequency.諧振時推導(dǎo)過程6.1串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路6.1.2并聯(lián)諧振電路Figure6.2AparallelRLCresonatoranditsresponse.(a)TheparallelRLCcircuit.

(b)Theinputimpedancemagnitudeversusfrequency.諧振時6.1串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路推導(dǎo)過程6.1串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路討論6.1串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路討論6.1串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路討論6.1串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路討論6.1串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路討論6.2傳輸線諧振器6.2傳輸線諧振器6.2傳輸線諧振器6.2傳輸線諧振器討論6.2傳輸線諧振器討論6.3矩形波導(dǎo)諧振腔概述Figure6.6Arectangularresonantcavity,andtheelectricfielddistributionsfortheTE101andTE102resonantmodes.矩形波導(dǎo)矩形腔兩端短路邊界條件z=0,HZ=0;z=d,Hz=06.3矩形波導(dǎo)諧振腔諧振頻率其中，l≠0,m、n中最多只有一個為零。若b<a<d，則最低諧振模式為TE101/TM110。6.3矩形波導(dǎo)諧振腔6.3.2TE10l模的Q值例題6.3設(shè)計一個矩形波導(dǎo)腔－P241微波屏蔽腔的諧振頻率微波屏蔽腔的諧振頻率6.4圓波導(dǎo)諧振腔概述：圓柱諧振腔是由一段長度為l，兩端短路的圓波導(dǎo)構(gòu)成，其圓柱腔半徑為R。圓柱腔中場分布分析方法和諧振波長的計算與矩形腔相同。主要特點：制造方便，Q值高！Figure6.7

PhotographofaW-bandwaveguidefrequencymeter.Theknobrotatestochangethelengthofthecircuit-cavityresonator;thescalegivesareadoutofthefrequency.Figure6.8

Acylindricalresonantcavity,andtheelectricfielddistributionforresonantmodeswith6.4圓波導(dǎo)諧振腔諧振頻率：推導(dǎo)方法同矩形波導(dǎo)。Figure6.9

Resonantmodechartforacylindricalcavity.fromR.E.Collin,FoundationsforMicrowaveEngineering6.4圓波導(dǎo)諧振腔TEnml模式的Q值TEnml模式的Q值TEnml模式的Q值TEnml模式的Q值Figure6.10

NormalizedQforvariouscylindricalcavitymodes(air-filled).FoundationsforMicrowaveEngineering一般情況Q值例題6.4圓波導(dǎo)諧振腔的設(shè)計－P2466.5介質(zhì)諧振腔概述Figure6.11

Geometryofacylindricaldielectricresonator.6.5.1TE01δ模式的諧振頻率Figure6.12

MagneticwallboundaryconditionapproximationanddistributionofHzversusIforp=0ofthefirstmodeofthecylindricaldielectricresonator.6.5.1TE01δ模式的諧振頻率6.5.1TE01δ模式的諧振頻率例題6.5介質(zhì)諧振器的諧振頻率和Q值－P2506.6諧振腔的激勵概述Figure6.13Couplingtomicrowaveresonators.

(a)Amicrostriptransmissionlineresonatorgapcoupledtoamicrostripfeedline.

(b)Arectangularcavityresonatorfedbyacoaxialprobe.

(c)Acircularcavityresonatoraperturecoupledtoarectangularwaveguide.

(d)Adielectricresonatorcoupledtoamicrostripfeedline.6.6諧振腔的激勵6.6.1臨界耦合Figure6.14Aseriesresonantcircuitcoupledtoafeedline.6.6諧振腔的激勵耦合系數(shù)概念Figure6.15SmithchartillustratingcouplingtoaseriesRLCcircuit.g<1，欠耦合g=1，臨界耦合g>1，過耦合6.6諧振腔的激勵耦合系數(shù)有載品質(zhì)因素6.6諧振腔的激勵6.6.2縫隙耦合微帶諧振器<<1諧振條件6.6諧振腔的激勵6.6諧振腔的激勵耦合系數(shù)的計算6.6諧振腔的激勵6.6.3小孔耦合空腔諧振器Arectangularwaveguideaperturecoupledtoarectangularcavity.6.6諧振腔的激勵小孔尺寸的計算補充：通過法測量諧振腔品質(zhì)因數(shù)3dB法測QL值原理：科研實例：高溫超導(dǎo)諧振器簡介采用高溫超導(dǎo)(HTSC)薄膜制作的微波器件，具有噪聲低、損耗小、體積小、重量輕等優(yōu)異性能。目前，高溫超導(dǎo)微波器件的發(fā)展趨勢為系列化、小型化、實用化和商品化，其研究主