最新微波第三章-微波谐振腔.ppt课件.ppt

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1、微波第三章-微波谐振腔.§3.1概述低频电路中常用集总元件的LC振荡回路作为谐振电路LC串联LCCLLC并联谐振回路的作用LC正弦波振荡器放大器中用作调谐回路滤波电路§3.1概述一.为什么在微波波段不能使用集总参数LC谐振回路？1.2.当电路尺寸与微波波长可以相比拟时，就会产生能量的辐射，波长越短辐射越严重，故辐射损耗大。另外，由于此时趋肤效应严重，故欧姆损耗大，而且介质损耗大。因此，在频率较高的微波波段，集总LC谐振回路储能小，损耗大，导致Q值小到不能用。§3.1概述三.微波谐振器与LC谐振回路的相同和相

2、异点在f0（谐振频率）Wemax＝Wmmax且当We＝0时，Wm＝Wmmax；当Wm＝0时，We＝Wemax微波谐振器与LC谐振器回路的物理实质上相同，但是他们主要有3点不同：1.LC回路为集总参数电路，微波谐振器时属于分布参数电路。所以LC回路能量只分布在L、C上，而微波谐振器的能量分布在整个腔体中。2.LC回路在L及C一定时，只有一个谐振频率，而微波谐振器有无限多个谐振频率，这称为微波谐振器的多谐性。3.微波谐振腔储能多，损耗小。故微波谐振器品质因数很高，比LC回路的Q值高很多。§3.1概述微波谐振器的

3、分析方法：1.场解法：在一定的初始条件和边界条件下解波动方程。（几何形状简单）2.场的叠加法：将谐振腔看作两端短路的传输线。将谐振腔中的场在满足边界条件的情况下，由入射波和反射波的叠加来求得。所以可以直接利用前几章得出的相应波导和传输线的有关公式。（传输线型谐振腔）§3.2微波谐振器的主要参数微波谐振器的主要参数有：谐振频率fr（或谐振波长λr），品质因数，谐振电导。一.谐振频率谐振波长λr是谐振频率fr时的工作波长，也就是fr时的TEM波在腔体中填充为均匀介质中的波长。（一）场解法对已知形状、尺寸与填充介

4、质的腔体，根据边界条件对波动方程求解，得到一系列本征值Kfr。（简谐场）假设：①金属空腔谐振器内表面为理想导体②介质为均匀无耗简单介质§3.2微波谐振器的主要参数金属腔内E和H是在满足边界条件的情况下，波动方程：的解。可以证明：同时满足两组方程的K只能是一系列离散的值。记为§3.2微波谐振器的主要参数（二）相位法根据电磁波在谐振腔内来回反射，入射波与反射波相叠加时的相位关系，求谐振频率（传输线类型谐振器）将谐振器视为一段两端接有纯电抗性负载（包括开路与短路）Z1和Z2的传输线，即线两端全反射腔体内为纯驻波场

5、＝行波场来回反射相叠加形成谐振条件：谐振腔内任一点，行波场同相叠加，相位差为2π的整数倍，即谐振。因为谐振器内某点经反射后的相位变化为：则谐振条件为：§3.2微波谐振器的主要参数对于无色散波对于色散波所以当谐振腔的形状、几何尺寸和填充介质给定后，可以有许多（无穷多个）模可以使之谐振。对应着许多不同的谐振频率多谐性。§3.2微波谐振器的主要参数二.品质因数（一）固有品质因数谐振器不与任何外电路相连接（空载）时的品质因数。固有品质因数的定义为谐振时：Q0：表征谐振器的损耗的大小、频率选择性的强弱、工作稳定度的三

6、个重要参数。§3.2微波谐振器的主要参数微波谐振腔的Q0:几千～几万之间，比集总LC回路高很多谐振腔的总储能为：§3.2微波谐振器的主要参数谐振器的平均损耗主要由导体损耗引起,设导体表面电阻为RS,则有式中,Ht为导体内壁切向磁场，而JS=n×Ht,n为法向矢量。于是有：§3.2微波谐振器的主要参数因此只要求得谐振器内场分布,以及知道工作频率范围、腔体形状、尺寸和材料即可求得品质因数Q0。§3.2微波谐振器的主要参数为粗略估计谐振器内的Q0值，大致看出Q0与V、S之间的关系，可以令：这样就得到：当工作模式一

7、定的时候为一常数，用2A表示。§3.2微波谐振器的主要参数则可见:①Q0∝V/S，应选择谐振器形状使其V/S大;②因谐振器尺寸与工作波长成正比即,,故有,由于δ仅为几微米,对厘米波段的谐振器,其Q0值将在104~105量级。（二）有载品质因数谐振器带上负载时腔体的品质因数。有载品质因数的定义式为：§3.2微波谐振器的主要参数W总储能；Pi腔本身的损耗功率；Pc外界负载上损耗的功率；PL一周期内总的损耗功率Qc：耦合品质因数耦合系数k：腔体与外界负载之间的耦合程度。§3.2微波谐振器的主要参数三.等效电导等效

8、电导G0是表征谐振器功率损耗特性的参量。为了方便，实际谐振腔在某单一谐振模式的某谐振频率附近，常等效为LC回路。注意：图中L、C和G0并非真实电容、电感和电导，只是抽象的等效参数。因为谐振腔是一个分布参数系统，集总电容、电感没有确切的物理意义。对于图示的并联回路，损耗功率P为§3.2微波谐振器的主要参数其中P根据前面等式得Um为等效电压幅值，由于在腔体中电压无意义，故可人为规定在腔体中a、b两点，定义一般通过实验