微波谐振腔(吉大通信)课件

微波谐振腔(吉大通信)微波谐振腔(吉大通信)介质谐振器介质谐振器5.2谐振器的激励和耦合谐振器的激励和耦合5.3矩形和圆柱形波导谐振腔矩形和圆柱形波导谐振腔5.1微波谐振腔(吉大通信)谐振频率矩形谐振腔的几何形状如图4.8所示，它由一段长为d，两端短路（z = 0,d）的矩形波导组成。 矩形谐振腔中，TE101和TE102模的电场分布 微波谐振腔(吉大通信)222mnpmnpkabd22222mnpmnprrrrckcmnpfabd 矩形谐振腔是一种短路波导型的/2传输线谐振腔。矩形腔的截止波数：矩形谐振腔的模为TEmnp或TMmnp模，下标m,n,p相应地为驻波图在x,y,z方向的变化数。这时，TEmnp或TMmnp模的为如果bad，则谐振主模（最低谐振频率）为TE101模，它对应一段短路波导长为g/2的TE10主模。TM波的主模为TM111模。 微波谐振腔(吉大通信)TE10p模的Q值3022332332()1222eccSWkab bQPRp a bbdp a dad21taneddWQP111cdQQQ不考虑介质损耗时，导体壁有损耗时谐振腔的Q值为当导体壁为理想时，有损介质填充的谐振腔Q值为当导体和介质损耗都存在时，总Q值为微波谐振腔(吉大通信) 例题：矩形波导谐振腔由一段铜波导组成，a=4.755cm，b=2.215cm，腔内由聚乙烯填充（ ），铜表面电阻Rs=1.84*10-2欧姆，如果TE10p模谐振出现在f=5GHz,求所需要的波导长度d和p=1，p=2时谐振模的总Q值。 解：m=1, n=0, 利用 答案： p=1时，d=2.20cm, Q=1437 p=2时，d=4.40cm, Q=1518 2.25,tan0.004r22/(/ )dpka微波谐振腔(吉大通信)1. 圆柱形谐振腔的电磁场方程圆柱形谐振腔是由两端短路的圆柱形波导构成的，如图所示。圆柱形谐振腔微波谐振腔(吉大通信)圆柱形谐振腔的谐振波长及空载品质因数 0()22122mnpTEnmpal0()22122mnpTMnmpal（1）谐振波长0圆柱腔中TE模及TM模的谐振波长为：3/2222200223222122122mnnmmnmnmpDlQpDmpDDlll 1/222200221mnpDlQDl 0021mnQal（2）空载品质因数Q0对于TEmnp振荡模，当m 0时对于TM模，当m 0，p 0时当m 0，p = 0时，式中D=2a。微波谐振腔(吉大通信)圆柱形谐振腔中常用的几种振荡模（1）TM010振荡模1)TM010振荡模的场方程式0000022() ()0zcccrrzEE Jk rHjE Jk rkEEHH 0101/ ,2.405cka式中。 2)TM010振荡模的场结构图TM010模的场结构图微波谐振腔(吉大通信)3) 主要参数0，Q0及其特点 001222.622.405aaa01020()22.4052/2.405222(1/ )(22)TMaa lVQa lalaS谐振波长0：空载品质因数Q0：其中V和S分别是谐振腔的体积和内表面面积。（2）TE011模 1) TE011振荡模的场方程式 0000000022()sin() ()cos()2()sin()crccczcEH Jk rzHjH Jk rzklk llHj H Jk rzl 0101/3.832cka，式中，。微波谐振腔(吉大通信)2) TE011模的场结构图TE011模的场结构图TE011模的重要性质：这种腔的损耗很小，品质因数很好。1. 由于电流只有圆周方向的分量，故工作于该模式的波长计，活塞与腔壁之间的间隙，并不影响这种模式谐振腔的性能。3)谐振波长0001122011(TE)(/2)(1/2 )al微波谐振腔(吉大通信)（3）TE111模1)场结构TE111模的场结构如图（a）所示。2.1la在腔长 时，圆柱腔的最低模是TE111模。其主要用途是中等精度宽波长计，如图(b)所示。 微波谐振腔(吉大通信)2) 谐振波长01110TE221(1/3.41 )(1/2 )al微波谐振腔(吉大通信)一个由低损耗、高相对介电常数材料制成的小圆柱体或立方体，也能用做谐振器，这种谐振器称为介质谐振器。 介质谐振器有很多优点，它成本低、尺寸和重量小、很容易与平面传输线耦合、可以调谐谐振频率、品质因数大，因此介质谐振器成为射频电路常用的器件。微波谐振腔(吉大通信) 圆柱形介质谐振器圆柱形介质谐振器微波谐振腔(吉大通信) 介质谐振器的品质因数可以通过谐振器存储的能量与消耗在介质中及辐射损耗的功率进行计算。 假如辐射损耗比较小，则品质因数近似为 式中 为介质的损耗角正切。tan微波谐振腔(吉大通信) 微带电路中的介质谐振器微带电路中的介质谐振器微波谐振腔(吉大通信)几种谐振器的一些典型耦合技术如图所示。谐振器的耦合微波谐振腔(吉大通信)1 临界耦合耦合系数：/egQ Q g1，为过耦合。微波谐振腔(吉大通信)2. 用缝隙耦合的微带谐振器202cRgZQb/2cbQ/2cbQ耦合系数为如果 ,则g1，谐振器是过耦合。微波谐振腔(吉大通信)3 小孔耦合谐振器小孔耦合谐振腔及其等效电路如下所示：矩形波导小孔耦合到矩形腔小孔耦合腔的等效电路微波谐振腔(吉大通信)4 介质谐振腔与微带电路的耦合介质谐振器与微带线间的磁耦合