微波技术基础Chap05.pdf

《微波技术基础Chap05.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、Chap.5微波谐振器微波谐振器是具有储能与选频特性的微波谐振元件°可用作振荡器或调谐放大器的振荡回路、微波滤波器、倍频器、频率预选器、波长计、回波箱等；还可用于微波管和加速器中在微波频段，集总参数的LC谐振回路已不再适用两种避免辐射的方法：°将电磁波封闭在金属空腔内Æ空腔谐振器°将电磁波聚集在高介电常数的介质内Æ开放型谐振器Chap.5微波谐振器各种微波谐振腔a)矩形金属空腔谐振腔b)圆柱形金属空腔谐振腔c)同轴腔e)介质腔d)微带腔f)环形腔g)孔－缝腔h)扇形腔Chap.5微波谐振器微波谐振器与集总参数谐振回路的主要区别°分布参数电路：°多谐性：°高Q值：§5－1谐振腔的主要特

2、性参数微波谐振腔的三个基本参量为：∑谐振频率f（或谐振波长λ）、rr∑品质因数Q∑等效谐振电导（或电阻）°这三个基本参量都是针对腔中某个振荡模式而言的，不同模式的参量的值一般是不同的§5－1谐振腔的主要特性参数一、谐振频率fr谐振频率f是指谐振腔中该模式的场发生谐振时的频率，r也称固有频率，对应的波长为谐振波长λr多谐性f的计算方法r°相位法°电纳法°集总参数法°场解法§5－1谐振腔的主要特性参数——一、谐振频率（一）相位法°主要用于传输线类型的谐振器。多数实用的谐振腔可以等效为一段长为l，两端分别接有纯电抗性负载Z和Z的传输线12°循环一周相位的变化为：Eej(ϕ＋2βl+θ1+θ

3、2)EejϕΔϕ=(ϕ+2βl+θ+θ)−ϕ12=2βl+θ+θ12jθΓ=ejθ1Γ=e212°谐振条件：ZZ122βl+θ+θ=2pπ12(p=0,1,2,...)l§5－1谐振腔的主要特性参数——一、谐振频率——（一）相位法°由谐振条件可求出β：2pπ−θ−θ2βl+θ+θ=2pπβ=12122l(p=0,1,2,...)2π2π°对于无色散波：β==frλvr°对于色散波：2π2π22β==f−frcλvg°多谐性§5－1谐振腔的主要特性参数——一、谐振频率（二）电纳法°根据谐振时谐振器的总电纳为零来确定谐振频率fr∑B(f=f)=0r°例如：一内导体长为l的电容加载的TEM

4、模同轴线谐振腔AAZCCA’A’ll若选AA’面为参考面，则由等效电路AA’处总电纳为0，可求出fr1⎛2πfrl⎞∑B(f=fr)=2πfrC−cot⎜⎟=0Zc⎝v⎠§5－1谐振腔的主要特性参数——一、谐振频率——（二）电纳法B1⎛2πfrl⎞即2πfrC=cot⎜⎟Zc⎝v⎠wO°若C、Z、v及l已知时，c可图解法求frB°有无穷多个交点，多谐性2πfCr22πfCr1°若已知C、Zc、v及fr时，可求得lOl1l2λ1λrrl=arctan+pp=0,1,2...2π2πfCZ2rC•C越大，对l的缩短效应越大§5－1谐振腔的主要特性参数——一、谐振频率（三）集总参数法1f=

5、r2πLC°例如：如图所示的环形金属空腔谐振腔（R，h均小于λ/4,d<

6、充介质的腔体，根据边界条件求电磁场的波动方程的本征值K，2πf其中，K=wμε=v由K就可以确定谐振频率Kvf=r2πvvvv°可以证明对于闭合的理想导体的边界条件(an×E=0an⋅H=0)波动方程具有一系列的、离散的本征值K（K，K，K…）123°各模式的谐振频率及对应的谐振波长vv2πf=K(i=1,2,3...)λ==(i=1,2,3...)riiri2πfKrii°多谐性：°简并模的谐振频率相同，即同一谐振频率可对应不同模式§5－1谐振腔的主要特性参数二、品质因数Q（一）固有品质因数Q0谐振器内总的储能Q=2π0一周期内谐振器的耗能W=2πW设P＝W/T为一周期内谐振腔中的

7、平均损耗功率TTWWw＝2πf＝2π/T为谐振角频率=2π=wrrrPTT°Q是衡量腔内储能与耗能的一种质量指标，所以称为品质因数；0Q大表示损耗小，频率选择性强、工作稳定度高，但工作频带窄；0°微波谐振器的Q要比集总参数的低频谐振回路的Q高得多00§5－1谐振腔的主要特性参数——二、品质因数QQ一般表达式的推导0°谐振时εvvεv2μvvμv2∫()*∫*W=W=E⋅Edv=Edv=W=∫()H⋅Hdv=∫Hdve,maxm,max2v2v2v2v°假定