《补谐振腔》PPT课件

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1、微波技术长沙理工大学物理与电子科学学院第十讲(补）微波谐振器《微波技术》第7章《电磁场与电磁波》第7.5节第7章微波谐振器基本概念：微波谐振器又称作微波谐振腔，它广泛应用于微波信号源、微波滤波器及波长计中。谐振腔是速调管、磁控管等微波电子管的重要组成部分。它是一种基本的微波元件。微波谐振器可由一段两端短路或两端开路的传输线段或空心波导组成，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，微波谐振器具有储能、选频、稳频的功能。用途：微波源、滤波器、选频器等等；特点：品质因素Q值很高（几万～几十万）

2、；谐振器的电磁性能与结构特点电磁能以分布的形式存在；具有多谐性；电磁能量储存较多；无辐射、低损耗（欧姆损耗小、无介质损耗），即品质因数高(～104）。电性能理论上：任何形状均可实用中：多为规则腔体（封闭或半封闭）结构a.尺寸小，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…LC谐振器与谐振腔从LC回路到谐振腔的演变过程微波谐振器可以定性地看作是由常规电路的LC谐振回路过渡而来的，如图所示。LC谐

3、振器与谐振腔从LC谐振回路到谐振腔的演变LC谐振器与谐振腔从LC回路到谐振腔的演变过程微波谐振器中电磁能量关系和集中参数LC谐振回路中能量关系有许多相似之处：1、无损耗时为无功元件,2、有损耗时呈纯电阻性LC谐振器与谐振腔1、LC谐振回路的电场能量集中在电容器中，磁场能量集中在电感器，而微波谐振器是分布参数回路，电场能量和磁场能量是空间分布的；2、LC谐振回路只有一个振荡模式和一个谐振频率，而微波谐振器一般有无限多个振荡模式(即谐振波型)和无限多个谐振频率；3、微波谐振器可以集中较多的能量，且损耗较小，因此它的

4、品质因数远大于LC集中参数回路的品质因数。但微波谐振器和LC谐振回路也有许多不同之处：LC谐振器与谐振腔（一）谐振频率f0谐振频率f0是指谐振器中该模式的场量发生谐振时的频率，也经常用谐振波长0表示。它是描述谐振器中电磁能量振荡规律的参量。谐振频率可采用电纳法分析：在谐振时，谐振器内电场能量和磁场能量彼此相互转换，其谐振器内总的电纳为零。如果采用某种方法得到谐振器的等效电路，并将所有的等效电纳归算到同一个参考面上，则谐振时，此参考面上总的电纳为零，即利用上式便可以求得谐振频率。一、微波谐振器的基本参量微波谐振

5、器有两个基本参量：谐振频率f0(或谐振波长0)和品质因数Q。（二）、品质因数Q品质因数Q是微波谐振器的一个主要参量，它描述了谐振器选择性的优劣和能量损耗的大小，其定义为式中W0为谐振器中的储能，PL为谐振器中的损耗功率。其它计算公式一、微波谐振器的基本参量与材料、工作频率有关！厘米波段Q可达104数量级！（三）等效电导G0谐振腔的等效电路或腔壁损耗功率介质损耗功率一、微波谐振器的基本参量即二、矩形谐振腔矩形谐振腔是由一段两端短路的矩形波导构成，它的横截面尺寸为ab，长度为l，如下图所示。、不能同时为零1.矩

6、形谐振腔中的TE模TE模的场表达式二、矩形谐振腔、、不能同时为零2.矩形谐振腔中的TM模二、矩形谐振腔其中，p≠0,m、n中最多只有一个为零。波导腔中沿x、y、z三个方向都是驻波分布。三个整数m、n、l的每一种组合都对应腔内的一种谐振模式，因此：有无穷多个谐振模式；二、矩形谐振腔3.矩形谐振腔的谐振波长谐振波长与模式指数有关，即矩形谐振腔具有多模性和多谐性。谐振波长与腔体尺寸有关，即可通过改变腔体尺寸调谐，如采用短路活塞。一个谐振频率可能对应多个谐振模式，即矩形谐振腔存在简并现象。二、矩形谐振腔谐振模式及其场分

7、布矩形波导中传输的电磁波模式有TE模和TM模，相应谐振腔中同样有TE谐振模和TM谐振模，分别以TEmnp和TMmnp表示，其中下标m、n和p分别表示场分量沿波导宽壁、窄壁和腔长度方向上分布的驻波数。在众多谐振模中，TE101为最低谐振模。二、矩形谐振腔（1）谐振波长（2）固有品质因数二、矩形谐振腔矩形谐振腔的主模—TE101模特征参量：有无穷多个TE、TM谐振模式，谐振频率可用公式计算；有三种常用谐振模式，场结构各不相同，各有其优点；可通过合理选择尺寸，得到需要的谐振模式，抑制其他模式；品质因数正比于腔体积，反

8、比于腔内壁面积，故在同样体积情况下，圆波导谐振腔比矩形谐振腔品质因数高，性能好，加工也容易，是最常用的谐振腔。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a。应采用两端短路的方式；三、圆柱谐振腔三、圆柱谐振腔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。即利用圆波导的场表达式，写出+Z和-Z方向的行波，叠加后应用Z=0和Z=l的短路边界条件，可得场结构表达式。