第五章微波谐振腔ppt课件.ppt

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1、第5章　微波谐振腔§5.1概论§5.2谐振腔的基本参量§5.3同轴腔和微带线谐振腔§5.4　矩形谐振腔§5.5圆柱形谐振腔§5.6谐振腔的调谐、激励与耦合§5.7谐振腔的等效电路和它与外电路的连接第5章　微波谐振腔(MicrowaveResonantCavity)§5.1概　述一、低频LC谐振回路向微波谐振腔的过渡二、谐振腔中振荡的物理过程三、谐振腔的分类一、低频LC谐振回路向微波谐振腔的过渡在低频段，谐振器是用集中参数的电感和电容构成的LC串联或并联电路。但是，到了微波波段，如果仍用集中参数的LC谐振电路，就会出

2、现如下问题。1）由于微波波段的波长很小，LC谐振电路的几何尺寸能够与电磁波的波长相比拟，这将很容易引起辐射效应；2）若要减小元件的几何尺寸，不仅会降低谐振电路的工作容量，而且还会引起元件机械强度下降；3）微波波段工作频率高，电磁波的趋肤效应加剧，热损耗增大，介质损耗也增大；4）辐射损耗，导体热损耗以及介质损耗增大，将使谐振电路品质因数Q下降。由此可见，在微波波段不能用LC电路作谐振器。在微波波段用封闭的空腔体来作谐振器，称为谐振腔。谐振腔可以认为是由谐振电路演化过来的，如图5.1-1所示。图5.1-1集中参数的LC

3、谐振电路演变为谐振腔结构示意图微波波段频率较高，需要大大地减小电容量和电感量，可以拉大LC谐振电路电容器两极板之间的距离减小电容量，再拉直电感线圈减小电感量。并联若干根直导线进一步降低电感量，直至直导线的根数增多到无限多根，成为封闭的空腔体。这样就由LC谐振电路过渡成了谐振腔。图5.1-1集中参数的LC谐振电路演变为谐振腔结构示意图1）由于谐振腔是一个空腔体，避免了辐射损耗。2）腔体有较大的内表面，表面电流密度减小，热损耗减小。可见，谐振腔可克服LC电路应用在微波短时的缺点。二、谐振腔中振荡的物理过程在LC谐振回路

4、中，电能储存在电容器中，磁能储存在电感线圈中，回路中的电压与电流随时间变化的相位差为/2。因此，谐振就是电磁场能量在电容和电感中相互转换的过程，当电场能量为最大时，磁场能量就为零；当电场能量为零时，磁场能量就为最大。谐振腔中，电磁场被限制在腔体内，振荡实际上是由电磁波在腔壁上来回反射而形成的稳定驻波。电场和磁场在时间上有/2的相位差，即在电场为最大时磁场为零，而在电场为零时，磁场为最大。纯驻波电场和磁场虽然交织在一起，但是在电场波腹处，磁场为零；在磁场波腹处，电场为零。谐振腔中的振荡过程与在LC谐振回路中相似，

5、也是电磁场能量以电能和磁能两种形式相互转换的过程。谐振腔和LC回路的比较：共性：1.都是谐振元件，都具有储能和选频的特性;2.具有相同的振荡过程。不同之处:1.谐振腔是分布参数电路，而LC回路是集中参数电路；2.谐振腔具有多谐性，即相应于腔中不同的驻波场分布，可以存在有许多个不同的谐振频率，而LC回路只能有单个谐振频率；3.谐振腔的品质因数Q值要比LC回路高得多。三、谐振腔的分类谐振腔的形式很多，结构各异，通常按其构成原理可分为两大类。(一)传输线型谐振腔。它们是由一段微波传输线所构成的，如矩形腔、圆柱腔、同轴腔、

6、微带腔和介质腔等。（二）非传输线谐振腔它们不是由简单的传输线段所构成，它们的形式是多样的，几何形状较复杂，例如环形腔和多瓣腔等。本章只讨论前一类谐振腔，即传输线型谐振腔。第5章　微波谐振腔5.2　谐振腔的基本参量一、谐振波长二、品质因数三、等效电导集中参数的LC谐振回路的基本参量是电感L，电容C和电阻R(或电导G)。作为基本参量，它们具有物理意义明确、便于实验测量的特点。谐振回路的谐振频率f0，品质因数Q0和谐振阻抗等所有的其他参量都可由这几个基本参量推导出来。但是，对于谐振腔，电感L和电容C已没有明确的物理意义，

7、因此根据上述对基本参量的要求，选择谐振波长0(或谐振频率f0)、品质因数Q0和等效电导G0作为它的基本参量。一、谐振波长谐振波长(或谐振频率)：可以在谐振腔中激励起电磁振荡的工作波长(或工作频率)。对于两端由导体壁封闭的传输线型谐振腔，产生振荡的条件是腔内能够形成稳定驻波，这要求腔两端壁间的距离l等于驻波波节间距g/2的整数倍，即上式表明，在一定的腔体尺寸下，不是任意波长的电磁波都能在腔中振荡的，而只有那些能够在腔中满足一定驻波分布的电磁波才能够振荡，它们的波导波长是由腔的尺寸所决定的，即满足上述条件的电磁波所

8、对应的波长就称为谐振波长。对于非色散波(TEM波)，因为g=0，所以谐振波长为对于色散波(TE、TM波)，因为所以谐振波长为TEM波TE波、TM波注意：谐振波长0是指谐振时电磁波在腔内填充介质中的介质波长，仅当腔中为真空(或空气填充)时，它才相应于自由空间波长。因此，对于非色散波(TEM波)，相应的谐振频率为对于色散波(TE、TM波)，相应的谐振频率为