《微波谐振器》PPT课件.ppt

6微波谐振器,要求,了解微波谐振器的基本参量；了解多种微波谐振器的特点；了解通过法测量谐振腔品质因数。,引言,微波谐振器（微波谐振腔），广泛应用于滤波器、振荡器、频率计及可调谐放大器中。它相当于低频集中参数的LC谐振回路，是一种基本的微波元件。微波谐振腔是速调管、磁控管等微波电子管的重要组成部分。微波谐振器可由一段两端短路或两端开路的传输线段组成，电磁波在其上呈驻波分布，即电磁能量不能传输，只能来回振荡。因此微波谐振器是具有储能与选频特性的微波元件。,引言,a.尺寸变小，储能空间小，容量低；,b.损耗增加：辐射损耗、欧姆损耗及介质热损耗增大，品质因数低，频率选择性差。,LC谐振器在微波频段的缺点：,LC谐振器的作用,谐振腔的作用,低频,微波,相异点,LC回路：一个振荡模式和一个谐振频率,谐振腔：无限多个振荡模式和无限多个振荡频率,相同点,无损耗时为无功元件,有损耗时呈纯电阻性。,从LC回路到谐振腔的演变过程,6.1串联和并联谐振电路,6.1.1串联谐振电路,Figure6.1AseriesRLCresonatoranditsresponse.(a)TheseriesRLCcircuit.(b)Theinputimpedancemagnitudeversusfrequency.,谐振时,推导过程,6.1串联和并联谐振电路,6.1.2并联谐振电路,Figure6.2AparallelRLCresonatoranditsresponse.(a)TheparallelRLCcircuit.(b)Theinputimpedancemagnitudeversusfrequency.,谐振时,6.1串联和并联谐振电路,推导过程,6.1串联和并联谐振电路,讨论,6.1串联和并联谐振电路,讨论,6.1串联和并联谐振电路,讨论,6.1串联和并联谐振电路,讨论,6.1串联和并联谐振电路,讨论,6.2传输线谐振器,6.2.1,6.2传输线谐振器,6.2.2,6.2传输线谐振器,6.2.3,6.2传输线谐振器,讨论,6.2传输线谐振器,讨论,6.3矩形波导谐振腔,概述,Figure6.6Arectangularresonantcavity,andtheelectricfielddistributionsfortheTE101andTE102resonantmodes.,矩形波导,矩形腔,两端短路边界条件,z=0,HZ=0;z=d,Hz=0,6.3矩形波导谐振腔,谐振频率,其中，l0,m、n中最多只有一个为零。若bad，则最低谐振模式为TE101/TM110。,6.3矩形波导谐振腔,6.3.2TE10l模的Q值,例题6.3设计一个矩形波导腔P241,微波屏蔽腔的谐振频率,微波屏蔽腔的谐振频率,6.4圆波导谐振腔,概述：圆柱谐振腔是由一段长度为l，两端短路的圆波导构成，其圆柱腔半径为R。圆柱腔中场分布分析方法和谐振波长的计算与矩形腔相同。主要特点：制造方便，Q值高！,Figure6.7PhotographofaW-bandwaveguidefrequencymeter.Theknobrotatestochangethelengthofthecircuit-cavityresonator;thescalegivesareadoutofthefrequency.,Figure6.8Acylindricalresonantcavity,andtheelectricfielddistributionforresonantmodeswith,6.4圆波导谐振腔,谐振频率：推导方法同矩形波导。,Figure6.9Resonantmodechartforacylindricalcavity.fromR.E.Collin,FoundationsforMicrowaveEngineering,6.4圆波导谐振腔,TEnml模式的Q值,TEnml模式的Q值,TEnml模式的Q值,TEnml模式的Q值,Figure6.10NormalizedQforvariouscylindricalcavitymodes(air-filled).FoundationsforMicrowaveEngineering,一般情况Q值,例题6.4圆波导谐振腔的设计P246,6.5介质谐振腔,概述,Figure6.11Geometryofacylindricaldielectricresonator.,6.5.1TE01模式的谐振频率,Figure6.12MagneticwallboundaryconditionapproximationanddistributionofHzversusIforp=0ofthefirstmodeofthecylindricaldielectricresonator.,6.5.1TE01模式的谐振频率,6.5.1TE01模式的谐振频率,例题6.5介质谐振器的谐振频率和Q值P250,6.6谐振腔的激励,概述,Figure6.13Couplingtomicrowaveresonators.(a)Amicrostriptransmissionlineresonatorgapcoupledtoamicrostripfeedline.(b)Arectangularcavityresonatorfedbyacoaxialprobe.(c)Acircularcavityresonatoraperturecoupledtoarectangularwaveguide.(d)Adielectricresonatorcoupledtoamicrostripfeedline.,6.6谐振腔的激励,6.6.1临界耦合,Figure6.14Aseriesresonantcircuitcoupledtoafeedline.,6.6谐振腔的激励,耦合系数概念,Figure6.15SmithchartillustratingcouplingtoaseriesRLCcircuit.,g1，过耦合,6.6谐振腔的激励,耦合系数,有载品质因素,6.6谐振腔的激励,6.6.2缝隙耦合微带谐振器,1,6.6谐振腔的激励,6.6谐振腔的激励,耦合系数的计算,6.6谐振腔的激励,6.6.3小孔耦合空腔谐振器,Arectangularwaveguideaperturecoupledtoarectangularcavity.,6.6谐振腔的激励,小孔尺寸的计算,补充：通过法测量谐振腔品质因数,3dB法测QL值原理：,科研实例：高温超导谐振器简介,采用高温超导(HTSC)薄膜制作的微波器件，具有噪声低、损耗小、体积小、重量轻等优异性能。目前，高温超导微波器件的发展趋势为系列化、小型化、实用化和商品化，其研究主要集中在高温超导高谐振器、低插损滤波器、多工器和高稳定低相噪信号源等方面。国外（杜邦首席沈志远）采用高的TE011模蓝宝石高温超导谐振器在5.56GHz下研制成功了性能优异的高温超导振荡器。国内研制的高温超导带状线谐振器在S波段Q0值达到26000，其无载品质因数比同类常规器件提高50倍以上。,科研实例：高温超导(HTSC)谐振器简介,该高温超导谐振器采用定向严格的高纯度单晶蓝宝石圆柱，两端面接地板均为在直径50mm的LaAlO3单晶片上采用磁控溅射工艺制作的YBCO高温超导薄膜，谐振器工作模式为TE011模。理论表明，TE011模电磁场沿方向衰减很快，电磁场的能量主要集中在介质谐振器内及其附近，辐射很小；同时，两端短路的HTSC薄膜的微波损耗极小，因此介质谐振器可呈现较高的Q0值。,两面加载HTSC薄膜的蓝宝石圆柱介质谐振器,科研实例：高温超导谐振器简介,ANSOFTHFSS（5.6版）仿真结果,科研实例：高温超导谐振器简介,利用高温超导微波电路Q值测试系统，对该高温超导谐振器进行了多次从77K到常温的冷热循环测试，该谐振器性能稳定。图中f08336.298MHz，L7.39dB。利用3dB法测量Q值的公式QLf0/f可求出QL值达4.1105；再利用公式Q0QL/(1-1/T1/2)和T=1/L，可得Q0值为7.1105。将这类极高Q值的高温超导谐振器用作振荡器中的稳频元件，可极大地提高振荡器相位噪声指标。采用这类高温超导振荡器研制的微波器件和系统，可应用在航空、航天以及移动通信基站等方面。,