微波技術(shù)——第六章

1、第第6章章 微波諧振器微波諧振器微波諧振器應(yīng)用：濾波器，振蕩器、頻率計(jì)、可調(diào)諧放大器本章內(nèi)容：1、回顧集總參數(shù)諧振電路特性2、研究微波頻率下分布參數(shù)諧振器的實(shí)現(xiàn)6.1串聯(lián)和并聯(lián)諧振電路6.1.1串聯(lián)諧振電路第第6章章 微波諧振器微波諧振器輸入阻抗：傳輸復(fù)功率：第第6章章 微波諧振器微波諧振器改寫：復(fù)功率輸入阻抗 諧振純實(shí)數(shù) Q值R減小Q值增加第第6章章 微波諧振器微波諧振器接近諧振頻率時(shí)（ 0）的輸入阻抗上述近似式應(yīng)用由無耗諧振器模型分析有耗諧振器無耗諧振器諧振頻率替代有耗諧振器第第6章章 微波諧振器微波諧振器 半功率帶寬 當(dāng)頻率使得6.1.2并聯(lián)諧振電路第第6章章 微波諧振器微波諧振器改寫：

2、復(fù)功率輸入阻抗 諧振純實(shí)數(shù) Q值R減小Q值減小與串聯(lián)諧振相同與串聯(lián)諧振不同第第6章章 微波諧振器微波諧振器接近諧振頻率時(shí)（ 0）的輸入阻抗無耗諧振器有耗諧振器半功率帶寬與串聯(lián)諧振相同第第6章章 微波諧振器微波諧振器6.1.3有載和無載Q負(fù)載電阻的存在導(dǎo)致Q值下降。對于串聯(lián)諧振電路，負(fù)載電阻導(dǎo)致電路電阻增加；對于并聯(lián)諧振電路，導(dǎo)致電路總電阻下降。無載Q：不存在外電路的Q值，反映諧振器本身特性有載QL：外電路存在時(shí)的Q值外部Qe：幾種Q值關(guān)系：第第6章章 微波諧振器微波諧振器第第6章章 微波諧振器微波諧振器6.2 傳輸線諧振器理想集總參數(shù)元件在微波頻率下難以實(shí)現(xiàn)，諧振器通常采用分布參數(shù)元件實(shí)現(xiàn)。6

3、.2.1短路/2傳輸線雙曲正切變換無耗第第6章章 微波諧振器微波諧振器在諧振頻率附近考慮低損耗考慮TEM?？紤]/2（中心頻率處）傳輸線簡化1簡化2輸入阻抗為：對比集總參數(shù)串聯(lián)諧振電路：高階小量第第6章章 微波諧振器微波諧振器特點(diǎn)：1、多諧特性2、Q值隨衰減增加而降低第第6章章 微波諧振器微波諧振器6.2.2短路/4傳輸線（并聯(lián)諧振）在諧振頻率附近考慮低損耗考慮TEM模考慮/4（中心頻率處）傳輸線簡化1簡化2第第6章章 微波諧振器微波諧振器輸入阻抗：高階小量對比集總參數(shù)并聯(lián)諧振電路：第第6章章 微波諧振器微波諧振器6.2.3開路/2傳輸線（并聯(lián)諧振）第第6章章 微波諧振器微波諧振器例 6.2第第

4、6章章 微波諧振器微波諧振器6.3矩形波導(dǎo)諧振腔結(jié)構(gòu)：由兩端短路的矩形波導(dǎo)構(gòu)成。如圖6.6所示工作原理：與上節(jié)所述傳輸線諧振器相同。（矩形波導(dǎo)也是傳輸線的一種）？為什么不用開路波導(dǎo)構(gòu)成矩形波導(dǎo)諧振腔諧振腔中的諧振頻率和Q值：諧振腔中的電能和磁能被存儲于諧振腔內(nèi)部，功率在諧振腔腔壁和填充介質(zhì)中消耗。第第6章章 微波諧振器微波諧振器第第6章章 微波諧振器微波諧振器6.3.1諧振頻率（考慮無耗腔）1、求解滿足特定邊界條件下的波導(dǎo)波動(dòng)方程。2、從波導(dǎo)場量的導(dǎo)出式出發(fā)，直接應(yīng)用邊界條件。矩形波導(dǎo)TEmn，TMmn模式的橫向場分量可以表示為：注：此式說明1、以z方向?yàn)殡姶挪ǖ闹鱾鬏敺较?、x，y方向的邊界

5、條件已經(jīng)得到滿足，體現(xiàn)在e(x,y)中3、 A，A是該模式正向和反向行波的振幅第第6章章 微波諧振器微波諧振器利用邊界條件z0處邊界條件zd處邊界條件0)0 ,(yxEtAA0),(dyxEt結(jié)論：在諧振頻率處諧振腔的長度必須是半波長的正數(shù)倍！矩形腔是以波導(dǎo)形式出現(xiàn)的短路/2傳輸線諧振器。波導(dǎo)諧振波數(shù)諧振頻率：m，n，l為場x，y，z方向的半波數(shù)。當(dāng)bal時(shí)TE波諧振的主模是TE101模第第6章章 微波諧振器微波諧振器6.3.2TE10l模式的Q值模式場分布儲能電能磁能P92-93第第6章章 微波諧振器微波諧振器結(jié)論：與RLC振蕩器一樣，在諧振時(shí)WeWm。損耗：PlPcPd導(dǎo)體損耗Pc有耗導(dǎo)體

6、無耗介質(zhì)的Q值：第第6章章 微波諧振器微波諧振器介質(zhì)損耗Pd有耗介質(zhì)無耗導(dǎo)體的Q值：總的Q值第第6章章 微波諧振器微波諧振器6.4圓波導(dǎo)腔第第6章章 微波諧振器微波諧振器結(jié)構(gòu)：由兩頭短路的圓波導(dǎo)腔構(gòu)成主模：TE111模式用途：用做微波頻率計(jì)用于微波頻率計(jì)的模式：TE011模式6.4.1諧振頻率從波導(dǎo)場量導(dǎo)出式，直接應(yīng)用邊界條件分析諧振頻率對于TE波對于TM波第第6章章 微波諧振器微波諧振器第第6章章 微波諧振器微波諧振器回顧：利用邊界條件z0處邊界條件zd處邊界條件0)0 ,(yxEtAA0),(dyxEt0sin),(2),(dAe jdEmnt第第6章章 微波諧振器微波諧振器TE波諧振頻率

7、：TM波諧振頻率：模式圖：用于圓柱諧振腔設(shè)計(jì)第第6章章 微波諧振器微波諧振器6.4.2Q值（略）較低模式中Q值最高的第第6章章 微波諧振器微波諧振器6.6 諧振腔的激勵(lì)諧振腔耦合方式（不同的諧振腔有不同的耦合方式）：第第6章章 微波諧振器微波諧振器6.6.1臨界耦合在諧振頻率處，諧振器與傳輸線匹配，能實(shí)現(xiàn)諧振腔與傳輸線的最大功率傳輸。稱為諧振腔臨界耦合到傳輸線。諧振頻率附近的輸入阻抗：無載Q值：臨界耦合00ZZin第第6章章 微波諧振器微波諧振器外界Q定義耦合系數(shù)g：對串聯(lián)和并聯(lián)電路都適用第第6章章 微波諧振器微波諧振器串聯(lián)諧振電路輸入阻抗Smith圓圖第第6章章 微波諧振器微波諧振器6.6.2縫隙耦合微帶諧振腔等效電路縫隙電容/2型開路微帶諧振器輸入阻抗：諧振：z0（串聯(lián)）超越方程第第6章章 微波諧振器微波諧振器諧振頻率附近的輸入阻抗近似計(jì)算：超越方程求解耦合使得諧振頻率降低當(dāng)bc1為耦合時(shí)的諧振頻率泰勒級數(shù)展開該式由為無耗導(dǎo)出式第第6章章 微波諧振器微波諧振器有耗諧振腔注：由于耦合電容的倒相作用，電容耦合的/2開路諧振器等效于串聯(lián)諧振電路，而非耦合情況下等效為并聯(lián)諧振回路。諧振時(shí)的輸入阻抗為：對于臨界耦合：耦合系數(shù)：第第6章章 微波諧振器微波諧振器1、求近似