第二章+諧振器

第二章諧振器2.1引言2.2諧振器參數(shù)2.3腔體諧振器2.4平面微帶諧振結(jié)構(gòu)2.5介質(zhì)諧振器2.6諧振器的測(cè)量2.1引言

微波諧振器由各種形式的傳輸線來(lái)實(shí)現(xiàn)普通的諧振器：一個(gè)被金屬壁包圍的有界電磁場(chǎng)構(gòu)成，等效集中參數(shù)電感和電容由相應(yīng)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)儲(chǔ)能確定

2.2諧振器參數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q定義：在諧振頻率下，平均儲(chǔ)能與一個(gè)周期內(nèi)平均耗能之比與諧振頻率的乘積。1）、有載品質(zhì)因數(shù)定義：當(dāng)功率損耗為外接負(fù)載上的功率損耗和諧振器本身的功率損耗總和時(shí)，得到的品質(zhì)因數(shù)。有載品質(zhì)因數(shù)可以變換為串聯(lián)諧振電路的三種品質(zhì)因數(shù)外品質(zhì)因數(shù)：品質(zhì)因數(shù)：電場(chǎng)和磁場(chǎng)的平均儲(chǔ)能相等。由得到儲(chǔ)能為外部功率損耗為：得到固有品質(zhì)因數(shù)：有載品質(zhì)因數(shù)：例已知求：有載品質(zhì)因數(shù)，固有品質(zhì)因數(shù)和外品質(zhì)因數(shù)；信號(hào)源輸出功率；諧振狀態(tài)下負(fù)載吸收的功率；諧振頻率附近±20％頻帶內(nèi)的插入損耗。解：諧振頻率外品質(zhì)因數(shù)：固有品質(zhì)因數(shù)：有載品質(zhì)因數(shù)：信號(hào)源的最大資用功率諧振狀態(tài)下負(fù)載得到的功率：耦合

為諧振腔提供耦合能量輸入輸出的方式2.3腔體諧振器由理想導(dǎo)體制成的屏蔽罩或腔體構(gòu)成的諧振器可將能量束縛在一定的空間，降低輻射損耗同軸諧振器諧振頻率

Q值(d為趨膚深度)

同軸線可能出現(xiàn)更高的諧振模式，最低的高次模為

凹狀同軸腔體諧振器

電容加載式的諧振頻率

凹形腔的Q值

徑向式的諧振頻率矩形波導(dǎo)諧振器可傳輸無(wú)窮多個(gè)諧振模，波的傳播模式不同，場(chǎng)的分布也不同諧振波數(shù)截止波數(shù)主模Q值諧振頻率圓波導(dǎo)諧振器通常用在測(cè)量頻率的波長(zhǎng)計(jì)中，Q值高，精度高諧振波數(shù)TE模Q值TM模Q值2.4平面微帶諧振結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于微波集成電路的各種部件中矩形微帶諧振結(jié)構(gòu)可視為終端開(kāi)路的傳輸線邊緣電容可用兩端各自外延的一段長(zhǎng)度△l模擬補(bǔ)充：四分之一波長(zhǎng)諧振器，二分之一波長(zhǎng)諧振器注：四分之一與二分之一波長(zhǎng)諧振器四分之一波長(zhǎng)終端開(kāi)路線等效于串聯(lián)諧振器二分之一波長(zhǎng)終端短路線等效于串聯(lián)諧振器四分之一波長(zhǎng)終端短路線等效于并聯(lián)諧振器二分之一波長(zhǎng)終端開(kāi)路線等效于并聯(lián)諧振器圓盤(pán)微帶諧振器厚度h遠(yuǎn)小于自由空間波長(zhǎng)時(shí)，可用帶磁壁的圓柱腔模擬諧振頻率有效半徑圓環(huán)微帶諧振器諧振頻率三角形微帶諧振器廣泛應(yīng)用的形狀是等邊三角形，120o的對(duì)稱特性適宜于用作環(huán)形器的連接設(shè)計(jì)諧振波數(shù)m,n,p需滿足主模由下列各組整數(shù)值之一實(shí)現(xiàn)高Q諧振器微帶槽線：減小邊緣場(chǎng)效應(yīng)；在特定阻抗下，寬度大于微帶線，這兩點(diǎn)都使微帶槽線有更低的損耗高Q諧振器將介質(zhì)上的中心導(dǎo)體懸置或形成一個(gè)空氣橋中心導(dǎo)體，形成的共面波導(dǎo)有高的特性阻抗和低的有效介電常數(shù)高Q諧振器任何形式的低介質(zhì)損耗和低導(dǎo)體損耗傳輸線都可制作諧振器低損耗微帶線可通過(guò)在導(dǎo)體和砷化鎵基板間涂一層低介電常數(shù)的聚酰亞胺實(shí)現(xiàn)，有效介電常數(shù)較低，輻射損耗隨之降低可調(diào)諧振器可調(diào)元件應(yīng)用共面線和共面波導(dǎo)可實(shí)現(xiàn)固態(tài)器件可調(diào)諧振器實(shí)際應(yīng)用中，反偏隧道二極管易于采用，因?yàn)樗蓪?shí)現(xiàn)小的漏電流和很小電阻，可實(shí)現(xiàn)高Q值可調(diào)諧振器線性可調(diào)諧振器例：變?nèi)莨苤谱鞯闹C振器及其等效電路微帶開(kāi)路端視為等效的電導(dǎo)和電納附加電納的存在會(huì)導(dǎo)致諧振頻率減小可調(diào)諧振器環(huán)形諧振器諧振頻率需通過(guò)電路仿真計(jì)算可調(diào)諧振器有源諧振器圖a中，用有源器件周?chē)姆答伨W(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)有源電感；圖b中，用串聯(lián)的R、L、C，從端口1看進(jìn)去，輸入阻抗是感性的調(diào)節(jié)偏置電平，可實(shí)現(xiàn)特定頻段的低阻抗和高電感值2.5介質(zhì)諧振器由低損耗、高介電常數(shù)、溫度穩(wěn)定性好、形狀規(guī)則、高Q值陶瓷材料制成體積小，介電常數(shù)高，能量集中，要求有一定的屏蔽介質(zhì)諧振器材料主要的性能參數(shù)為：介電常數(shù)，Q值，溫度系數(shù)在晶體管振蕩器中，可實(shí)現(xiàn)有效的溫度補(bǔ)償諧振頻率1孤立的介質(zhì)諧振器2MIC中的介質(zhì)諧振器與各種結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)有關(guān)a為半徑介質(zhì)諧振器MIC中介質(zhì)諧振器與電路的耦合耦合的強(qiáng)弱通過(guò)微帶與介質(zhì)的側(cè)距確定阻抗等效電路無(wú)載Q值與諧振頻率Lm為磁耦合系數(shù)介質(zhì)諧振器寄生模D/H為2~2.5時(shí)，寄生模與主模頻率相差相對(duì)較大頻率調(diào)諧2.6諧振器的測(cè)量單端口諧振器以集中參數(shù)并聯(lián)諧振為例輸入阻抗為輸入阻抗是頻率的線性函數(shù)，它在史密斯圓圖上的軌跡是圓為頻率失諧參數(shù)耦合系數(shù)?單端口諧振器耦合系數(shù)?可通過(guò)測(cè)量諧振時(shí)的反射系數(shù)S110確定

欠耦合過(guò)耦合臨界耦合（過(guò)原點(diǎn)）的系數(shù)?為1單端口諧振器品質(zhì)因數(shù)Q的測(cè)量

阻抗軌跡上實(shí)部與虛部相等的點(diǎn)f1和f2稱為半功率點(diǎn)2*1*圖中G=B為Qu的阻抗軌跡單端口諧振器有載及外部Q值兩端口諧振