第5章微波元件

第5章微波元件7.1波導(dǎo)中的電抗元件

電抗性微波元件在微波系統(tǒng)中起著類(lèi)似于低頻電路中L、C及其組合元件的作用。利用在傳輸線中插入某種元件，由于不連續(xù)性而激起的高次模所呈現(xiàn)的不同特性來(lái)構(gòu)成一個(gè)相當(dāng)于集總參數(shù)的電感或電容。電抗元件包括電感器和電容器。電感器是指能夠集中磁場(chǎng)和存儲(chǔ)磁能的元件；電容器是指能夠集中電場(chǎng)和存儲(chǔ)電能的元件。1.電容膜片矩形波導(dǎo)中的電容膜片在矩形波導(dǎo)的橫向放置一塊金屬膜片，在其上對(duì)稱(chēng)或不對(duì)稱(chēng)之處開(kāi)一個(gè)與波導(dǎo)寬壁尺寸相同的窄長(zhǎng)窗口電容膜片電容膜片處的場(chǎng)分布及等效電路TE10波的電場(chǎng)在膜片附近較為集中，故等效電路呈容性電納b’越小，窗口面積越小，相對(duì)電納越大。當(dāng)b’=0時(shí)，膜片上的窗口消失，成為一短路片，其相對(duì)電納值為無(wú)窮大2.電感膜片矩形波導(dǎo)中的電感膜片zyx當(dāng)在波導(dǎo)窄壁上放置金屬膜片后，會(huì)使波導(dǎo)寬壁上的電流產(chǎn)生分流，于是在膜片的附近必然會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，并存儲(chǔ)一部分磁能TE10波的磁場(chǎng)在膜片附近較為集中，故等效電路呈感性電納電感膜片電感膜片處的場(chǎng)分布及等效電路窗口寬度a’越小，等效的相對(duì)電納越大；當(dāng)a’=0時(shí)，窗口消失，膜片成為一短路片，則相對(duì)電納值為無(wú)窮大。3.諧振窗諧振窗及等效電路當(dāng)工作頻率等于諧振頻率時(shí)，信號(hào)無(wú)反射地通過(guò)諧振窗，為匹配狀態(tài)4.銷(xiāo)釘一根或多根垂直對(duì)穿波導(dǎo)寬壁的金屬圓棒單銷(xiāo)釘三銷(xiāo)釘棒越粗，相對(duì)電納越大。同樣直徑的電感棒，根數(shù)越多，相對(duì)電納越大。銷(xiāo)釘?shù)母鶖?shù)越多，幾何尺寸越大，所引起的高次模就越多，高次模所儲(chǔ)存的磁場(chǎng)就越大，其等效感性電納也就越大將銷(xiāo)釘看作是具有一定寬度和厚度的窄條電感膜片。5.調(diào)諧螺釘被普遍采用的調(diào)諧和匹配元件寬壁調(diào)諧螺釘一方面,與電容膜片一樣，其附近高次模的電場(chǎng)較為集中，具有容性電納；另一方面，波導(dǎo)寬壁上的軸向電流要流入螺釘，產(chǎn)生附加磁場(chǎng)，具有電感量。但當(dāng)插入深度h較淺時(shí)，電感量較小，容抗占優(yōu)勢(shì)，總的作用等效為一個(gè)電容。(通常）當(dāng)窄壁螺釘插入較淺時(shí)，主要是TE10模的磁力線受“擠壓”而使螺釘處的磁能比原先集中，故螺釘主要呈感性；隨著螺釘插入深度的增加，呈容性7.2微波連接元件(一)接頭-將相同傳輸線連接起來(lái)對(duì)接頭的基本要求是:連接點(diǎn)接觸可靠;不引起電磁波的反射輸入駐波比盡可能小,一般在1.2以下;工作頻帶要寬;電磁能量不會(huì)泄漏到接頭外面;而且結(jié)構(gòu)要牢靠,裝拆方便,容易加工等。平接頭波導(dǎo)接頭（法蘭）體積小，工作頻帶寬機(jī)械加工要求高抗流接頭波導(dǎo)接頭（法蘭）抗流槽1,2處于半波長(zhǎng)短路線的輸入端，阻抗為0，電接觸良好7.2.2轉(zhuǎn)接元件作用：將不同類(lèi)型的傳輸線或元件連接起來(lái)。不僅要考慮阻抗匹配,而且還應(yīng)該考慮模式的變換

同軸線尺寸變換器

1.傳輸線尺寸變換器連接特性阻抗相同，尺寸不同的兩個(gè)同軸線交界處尺寸發(fā)生突變，相當(dāng)于在傳輸線上并聯(lián)一個(gè)電容，電容在突變處引起反射在交界處采用錐形過(guò)度可以有效降低反射

單節(jié)階梯阻抗變換器（λ/4阻抗變化器）只能在中心頻率處匹配λ--f2.階梯阻抗變換器連接特性阻抗不同，尺寸不同的兩個(gè)同軸線多節(jié)λ/4阻抗變換器漸變式阻抗變換器（特性阻抗連續(xù)變化）作用：能降低駐波比（減小反射）增加頻帶寬度3.同軸線―波導(dǎo)轉(zhuǎn)接器將同軸線的一端加信號(hào),另一端的內(nèi)導(dǎo)體伸入矩形波導(dǎo)內(nèi),則同軸線中TEM模就會(huì)激勵(lì)起矩形波導(dǎo)中TE10模為了要使同軸線與波導(dǎo)相匹配,要調(diào)節(jié)同軸線的內(nèi)導(dǎo)體插入波導(dǎo)的深度h,偏心距d及短路活塞位置l連接同軸線與波導(dǎo)天線4.矩形波導(dǎo)―圓波導(dǎo)模式變換器采用波導(dǎo)橫截面的逐漸變化來(lái)達(dá)到模式的變換矩形波導(dǎo)TE10模變換到圓波導(dǎo)TE11模的變換器TE10→TE01模式變換器7.4終接元件(一)全匹配負(fù)載能幾乎無(wú)反射地吸收入射波的全部功率。當(dāng)需要在傳輸系統(tǒng)中建立行波狀態(tài)時(shí),都要用到匹配負(fù)載吸收體吸收體一般為碳化硅薄膜，鎳鉻合金薄膜，鉑金薄膜等吸收體應(yīng)放置在電場(chǎng)強(qiáng)度最大的位置吸收體長(zhǎng)為幾個(gè)波長(zhǎng)(二)短路負(fù)載作用是將電磁能量全部反射回去將同軸線和波導(dǎo)終端短路,即分別成為同軸線和波導(dǎo)固定短路器?？烧{(diào)短路活塞:短路面可以移動(dòng)的短路負(fù)載。波導(dǎo)型的短路活塞同軸型的短路活塞抗流式短路活塞7.3分支元件-將一路電磁能量分為兩路或更多路常用的矩形波導(dǎo)分支有E面分支、H面分支、雙T接頭及魔T等。此外，還有同軸線分支、微帶線分支等。E-T接頭H-T接頭分支波導(dǎo)位于主波導(dǎo)的寬壁上，且分支寬面與主波導(dǎo)內(nèi)的主模TE10波的電場(chǎng)平面平行，這種分支的形狀像“T”字，故習(xí)慣上稱(chēng)之為E-T接頭(1)當(dāng)TE-10模信號(hào)從①端口輸入時(shí),則②和③端口有同相輸出。(2)當(dāng)TE-10模信號(hào)從②端口輸入時(shí),則①和③端口有同相輸出。

(3)當(dāng)TE-10模信號(hào)從③端口輸入時(shí),則①和②端口有反相輸出。(4)當(dāng)TE-10模信號(hào)從①和②端口同相輸入時(shí),則③端口輸出最小;(5)當(dāng)TE-10模信號(hào)從①和②端口反相輸入時(shí),則③端口有輸出;當(dāng)信號(hào)從①和②端口等幅反相輸入時(shí),則③端口有最大輸出E―T接頭的等效電路相當(dāng)于在傳輸中串接一個(gè)阻抗如果在E分支中加一個(gè)可調(diào)的短路活塞,上下改變活塞的位置就可改變串接電抗的大小波導(dǎo)H面分支的分支波導(dǎo)位于主波導(dǎo)的窄壁上，且分支寬面與主波導(dǎo)內(nèi)的主模TE10波的磁場(chǎng)平面平行(1)當(dāng)信號(hào)自①端口輸入時(shí),則②和③端口有同相輸出。(2)當(dāng)信號(hào)自③端口輸入時(shí),則①和②端口同相輸出。

(3)當(dāng)信號(hào)自①和②端口同相輸入時(shí),則③端口有最大輸出,此時(shí),③端口對(duì)稱(chēng)面處在電場(chǎng)駐波腹點(diǎn)。

(4)當(dāng)信息自①和②端口反相輸入時(shí),③端口輸出最小,此時(shí),③端口對(duì)稱(chēng)面處在電場(chǎng)駐波節(jié)點(diǎn)。當(dāng)①和②端口等幅反相輸入時(shí),則③端口輸出為零。H―T接頭的H臂相當(dāng)于并接在傳輸線中的電抗調(diào)節(jié)H臂中的短路活塞的位置就可改變并接電抗的大小3.雙T接頭將E-T和H-T兩種分支合為一體E臂（隔離臂）H臂（隔離臂）平分臂平分臂特性：(1)E臂輸入，兩主臂“1”、“2”等幅反相輸出，H臂無(wú)輸出。E臂（隔離臂）H臂（隔離臂）平分臂平分臂(2)H臂輸入，兩主臂“1”、“2”等幅同相輸出，E臂無(wú)輸出。E臂（隔離臂）H臂（隔離臂）平分臂平分臂(3)主臂“1”、“2”等幅反相輸入，E臂輸出，H臂無(wú)輸出。E臂（隔離臂）H臂（隔離臂）平分臂平分臂(4)主臂“1”、“2”等幅同相輸入，H臂輸出，E臂無(wú)輸出。普通的雙T接頭,由于連接處結(jié)構(gòu)突變,即使雙T各臂均接匹配負(fù)載,接頭處也會(huì)產(chǎn)生反射,為了要消除反射,通常在接頭處加入匹配元件(如螺釘，膜片或錐體),就可得到匹配的雙T-魔T（理想的3dB定向耦合器）它具有下列重要特性:對(duì)口隔離，鄰口具有3dB耦合量的定向耦合器A功率比B功率大一倍時(shí)，

10lgA／B＝10lg2＝3dBdB是功率增益的單位，表示一個(gè)相對(duì)值

魔T具有以下三個(gè)重要特性(1)匹配特性:在理想情況下,它的四個(gè)端口是完全匹配的,只要①和②端口能調(diào)到匹配,③和④端口一定匹配。即S11=S22=S33=S44=0。(2)隔離特性:當(dāng)E和H臂具有隔離特性時(shí),則①和②端口也具有隔離特性S12=S21=S34=S43=0

。E臂（隔離臂）H臂（隔離臂）平分臂平分臂(3)平分特性:當(dāng)信號(hào)自E臂輸入時(shí),則反相等分給①和②端口,即S13=-S23;當(dāng)信號(hào)自H臂輸入時(shí),同相等分給①和②端口,即S14=S24;可逆性：當(dāng)信號(hào)自①端口輸入時(shí),則同相等分給③和④端口,即S31=S41;當(dāng)信號(hào)自②端口輸入時(shí),則反相等分給③和④端口,即S32=-S42。7.5衰減器和移相器衰減器:1.吸收衰減器

2.截止衰減器

3.極化衰減器1.吸收式衰減器吸收式衰減器結(jié)構(gòu)和工作原理在一段矩形波導(dǎo)中，垂直于寬壁沿縱向放一塊兩端做成尖劈形(以減小反射)的介質(zhì)片，片上涂有電阻膜片以構(gòu)成吸收片。由于吸收片與矩形波導(dǎo)中TE10模的電場(chǎng)平行，故其片上將有電流J=σE流過(guò)，于是一部分能量將在電阻膜上轉(zhuǎn)化為熱能，構(gòu)成衰減。吸收式衰減器沿縱向放一塊兩端做成尖劈形(以減小反射)的介質(zhì)片，片上涂有電阻膜片構(gòu)成吸收片zyx吸收式衰減器可變衰減器的工作原理：TE10波的電場(chǎng)沿波導(dǎo)寬邊的分布是中間強(qiáng)，兩邊弱，于是吸收片位于波導(dǎo)中間時(shí)衰減最大，移向窄壁時(shí)衰減最小吸收式衰減器移動(dòng)吸收片位置的支撐桿可用細(xì)介質(zhì)棒做成，若吸收片較長(zhǎng)需用兩根桿支撐時(shí)，桿距常取λp/4的奇數(shù)倍，目的是使兩根介質(zhì)棒產(chǎn)生的反射波在波導(dǎo)輸入口處反相而抵消。支撐桿另一種矩形波導(dǎo)吸收式可變衰減器是沿波導(dǎo)寬壁縱向開(kāi)槽的，槽中插入吸收片，片與TE10模的電場(chǎng)平行。這種衰減器的衰減量隨吸收片插入深度的不同而改變大小。吸收式衰減器的衰減量與吸收片的位置及頻率之間沒(méi)有一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)關(guān)系，必須用功率計(jì)或標(biāo)準(zhǔn)衰減器進(jìn)行點(diǎn)頻定標(biāo)，從而獲得刻度—衰減量曲線2.截止式衰減器截止式衰減器的主體是一段處于截止?fàn)顟B(tài)的圓波導(dǎo)。選擇圓波導(dǎo)的半徑應(yīng)滿(mǎn)足截止條件所有模式都被截止截止衰減器具有如下特點(diǎn)：

(1)衰減量與移動(dòng)距離l之間成線性關(guān)系，并且衰減系數(shù)可由有關(guān)公式算出，因此這種衰減器也可作為衰減量的標(biāo)準(zhǔn)。

(2)當(dāng)λc<<λ時(shí)，衰減系數(shù)α很大，移動(dòng)不太長(zhǎng)的一段距離，就可得到很大的衰減量。截止衰減器具有如下特點(diǎn)：

(3)由于截止圓波導(dǎo)中不存在吸收性材料，故其衰減不是由于損耗而是由于反射所引起的，所以截止式衰減器屬于反射式衰減器一類(lèi)。

(4)由于圓波導(dǎo)輸入、輸出端反射都很大，因此無(wú)論對(duì)輸入同軸線還是輸出同軸線而言都是嚴(yán)重失配的。為了改善其輸入端的匹配，在輸入同軸線的終端接以匹配負(fù)載；為了改善其輸出端的匹配，在小環(huán)上裝有一個(gè)電阻，使其阻值R=Z0。經(jīng)如此改善后的輸入、輸出同軸線幾乎都接近匹配。在需要獲得很大衰減量或者要求衰減調(diào)節(jié)范圍很寬時(shí)可采用截止式衰減器。輸入接以匹配負(fù)載輸出端小環(huán)上裝有一個(gè)電阻3.極化衰減器在圓波導(dǎo)中置入可旋轉(zhuǎn)的吸收片，改變衰減量的大小電場(chǎng)垂直于吸收片時(shí)吸收最小，電場(chǎng)平行于吸收片時(shí)吸收量大二移相器-能改變電磁波相位的裝置移相器原理：1.改變傳輸線的長(zhǎng)度l2.改變相位常數(shù)（在波導(dǎo)中放入可移動(dòng)的介質(zhì)片）改變波的相速vp或相波長(zhǎng)λp均勻傳輸線上相距為l的兩點(diǎn)之間的相位差為：橫向移動(dòng)介質(zhì)片移相器由于矩形波導(dǎo)中TE10波的電場(chǎng)沿波導(dǎo)寬邊是按正弦分布的，所以介質(zhì)片對(duì)電磁波相移常數(shù)的影響將隨位置而變：處于寬邊中央時(shí)影響最大，處于兩側(cè)邊時(shí)影響最小。橫向移動(dòng)介質(zhì)片移相器缺點(diǎn)：1.相移量與片的移動(dòng)距離不成線性關(guān)系；

2.采用機(jī)械傳動(dòng)方式改變介質(zhì)片的位置，很難做出相移的精確刻度,即相移精度不高橫向移動(dòng)介質(zhì)片移相器介質(zhì)片的兩端做成尖劈漸變形，以減小片反射；支撐介質(zhì)片的兩根小棒間距取為λp/4的奇數(shù)倍，使由兩小棒引起的反射相互抵消?？勺円葡嗥骱涂勺兾帐剿p器的結(jié)構(gòu)型式完全一樣不同的是：衰減器的介質(zhì)片上涂有損耗材料（相當(dāng)于電阻，產(chǎn)生熱能損耗）移相器的介質(zhì)片上不涂損耗材料，而采用低損耗的介質(zhì)材料，如聚四氟乙烯等7.6定向耦合器用來(lái)監(jiān)視功率頻率和頻譜;把功率進(jìn)行分配和合成;構(gòu)成雷達(dá)天線的收發(fā)開(kāi)關(guān)平衡混頻器和測(cè)量電橋;又可以利用定向耦合器來(lái)測(cè)量反射系數(shù)和功率

--耦合器的應(yīng)用微帶分支定向耦合器波導(dǎo)單孔定向耦合器平行耦合線定向耦合器波導(dǎo)匹配雙T波導(dǎo)多孔定向耦合器微帶混合環(huán)定向耦合器可等效為四端口網(wǎng)絡(luò)當(dāng)功率由端口(1)輸入時(shí)，一部分功率從直通端口(2)輸出；還有一部分功率耦合到副線中，利用各分波的場(chǎng)矢量疊加或波程差，設(shè)法使耦合到副線中的波在其中一端口同相疊加形成耦合口，而在另一端口反相抵消形成隔離口。一定向耦合器的技術(shù)指標(biāo)(一)耦合度C耦合度C定義為輸入端口的輸入功率P1和耦合端口的輸出功率P3之比的分貝數(shù)即耦合度又可表示為由此可見(jiàn)耦合度的分貝數(shù)愈大，耦合愈弱。把耦合度為0~10dB稱(chēng)為強(qiáng)耦合定向耦合器;把耦合度為10~20dB稱(chēng)為中等耦合定向耦合器;把大于20dB的耦合度稱(chēng)為弱耦合定向耦合器。

(二)定向性D采用耦合端口和隔離端口的輸出功率之比的分貝數(shù)來(lái)表示定向耦合器的定向傳輸性能D愈大,隔離端口輸出愈小,定向性愈好。在理想情況下,P4=0,即D=∞(三)輸入駐波比ρ將定向耦合器除輸入端口外,其余各端口均接上匹配負(fù)載時(shí),輸入端的駐波比即為定向耦合器的輸入駐波比。此時(shí),網(wǎng)絡(luò)的輸入端的反射系數(shù)即為網(wǎng)絡(luò)的散射參量S11,故有滿(mǎn)足定向耦合器以上四個(gè)指標(biāo)的頻率范圍,即為工作頻帶寬度,簡(jiǎn)稱(chēng)工作帶寬(四)工作頻帶寬度早期的混合環(huán)由波導(dǎo)制成，功率容量較大，宜做雷達(dá)天線收／發(fā)開(kāi)關(guān)用，但體積大、笨重。微帶混合環(huán)具有體積小、重量輕、加工容易等優(yōu)點(diǎn)，在小功率微波集成平衡混頻器中，它作為功率分配器獲得了廣泛的應(yīng)用。7.6.2混合環(huán)環(huán)的全長(zhǎng)為3λp0/2，四個(gè)分支線并聯(lián)在環(huán)上，將環(huán)分為四段，與環(huán)相接的四個(gè)分支線特性導(dǎo)納均等于Y0信號(hào)由端口1輸入時(shí)，端口3無(wú)輸出，而端口2和4有等幅、同相的信號(hào)電壓輸出。1234到達(dá)端口2的兩路信號(hào)等幅同相，相位滯后90到達(dá)端口3的兩路信號(hào)等幅反相，無(wú)輸出到達(dá)端口4的兩路信號(hào)等幅同相，相位滯后90S31=0,S41=S21=-0.707j1234若信號(hào)由端口2輸入，則端口4無(wú)輸出，端口1和3有等幅、反相的信號(hào)輸出。到達(dá)端口1的兩路信號(hào)等幅同相，相位滯后90到達(dá)端口3的兩路信號(hào)等幅同相，相位滯后270到達(dá)端口4的兩路信號(hào)等幅反相，無(wú)輸出S42=0,S32=0.707j,S12=-0.707j1234若信號(hào)由端口(3)輸入，則端口(1)無(wú)輸出，端口(2)和(4)有等幅、反相的信號(hào)輸出。到達(dá)端口1的兩路信號(hào)等幅反相，無(wú)輸出到達(dá)端口2的兩路信號(hào)等幅同相，相位滯后270到達(dá)端口4的兩路信號(hào)等幅同相，相位滯后90S13=0,S23=0.707j,S43=-0.707j1234若信號(hào)由端口4輸入，則端口(1)無(wú)輸出，端口(2)和(4)有等幅、反相的信號(hào)輸出。到達(dá)端口1的兩路信號(hào)等幅同相，相位滯后90到達(dá)端口2的兩路信號(hào)等幅反相，無(wú)輸出到達(dá)端口3的兩路信號(hào)等幅同相，相位滯后90S24=0,S14=S34=-0.707j混合環(huán)的散射矩陣：混合環(huán)為3dB定向耦合器二波導(dǎo)型定向耦合器通過(guò)耦合孔將主波導(dǎo)中的電磁能量耦合到副波導(dǎo)中,并具有一定的方向性。副波導(dǎo)各端口的輸出功率的大小,決定于耦合孔的大小形狀和位置單孔多孔十字孔雙孔定向耦合器波導(dǎo)窄壁b/2處的一個(gè)水平縱截面兩個(gè)孔形狀尺寸完全相同，距離d為λp0/4由于兩個(gè)耦合波到③端口由路程引起的相位均為-βd,故兩耦合波在③端口為同相疊加而有輸出,即

當(dāng)兩個(gè)耦合孔大小形狀均相等,且耦合孔很小時(shí),則有3端口有輸出（假設(shè)d=λ/4）④端口的耦合波是通過(guò)兩個(gè)耦合孔的反向耦合波的疊加,由于兩耦合波在④端口因路程引起的相位差為2βd=π,故④端口為兩個(gè)反向耦合波的反相疊加④端口無(wú)輸出,B4=0當(dāng)兩個(gè)耦合孔大小形狀均相等,且耦合孔很小時(shí),則有

--具有理想的定向性d=λ/4雙孔耦合器只有在中心頻率上才能得到理想的定向性，帶寬窄增加耦合孔的個(gè)數(shù)，調(diào)整耦合孔的形狀，大小，間距就可以在多個(gè)頻率處達(dá)到理想的定向性（多孔耦合器）分支定向耦合器分支定向耦合器是由兩根平行的主傳輸線和若干耦合分支線組成。分支線的長(zhǎng)度及相鄰分支線之間的距離均為λp0/4。微帶型雙分支定向耦合器當(dāng)信號(hào)自①端口輸入時(shí),經(jīng)過(guò)A點(diǎn)分A→B→C和A→D→C兩路到達(dá)C點(diǎn),由于兩路程相同,故兩路在C點(diǎn)相加,使③端口有輸出;①端口的輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)A點(diǎn)分A→D和A→B→C→D兩路到達(dá)D點(diǎn),由于兩路的路程差為λp0/2,即相位差為π,故兩路在D點(diǎn)相抵消,使④端口無(wú)輸出。7.7微波諧振器在微波波段，集中參數(shù)的LC諧振電路無(wú)法使用。LC諧振電路中諧振頻率的計(jì)算公式：諧振頻率越高，要求L,C越小，分布參數(shù)（分布電容，分布電感）的影響不容忽略。頻率越高，回路的電磁輻射效應(yīng)顯著，諧振電路的品質(zhì)因素降低微波諧振器功能：儲(chǔ)能，選頻應(yīng)用范圍：微波振蕩器，放大器微波諧振器是有LC諧振回路演變而來(lái)的C減?。簩㈦娙萜鲀蓸O板間距拉開(kāi)L減?。壕€圈匝數(shù)減少，直至變成一條直線多根直導(dǎo)線組成一個(gè)曲面多根直導(dǎo)線并聯(lián)d微波諧振器主要有兩大類(lèi):傳輸線型諧振器：一段兩端被開(kāi)路或短路的傳輸線。例如:矩形諧振器，圓柱諧振器，同軸諧振器,帶狀線諧振器和微帶諧振器;非傳輸線型諧振器：主要用來(lái)作各種微波電子管(如速調(diào)管磁控管)的腔體7.7.1微波諧振器的基本參量(一)諧振波長(zhǎng)λ0諧振頻率是指諧振器中該模式的場(chǎng)發(fā)生諧振的頻率。它是描寫(xiě)諧振器中電磁能量的振蕩規(guī)律的參量，表示微波振蕩器內(nèi)振蕩的條件諧振頻率f0在諧振時(shí),諧振器內(nèi)電場(chǎng)能量和磁場(chǎng)能量自行彼此轉(zhuǎn)換,故諧振器內(nèi)總的電納為零。諧振波長(zhǎng)λ0諧振波長(zhǎng)與諧振器尺寸和工作模式有關(guān)(二)品質(zhì)因素Q0描寫(xiě)諧振器儲(chǔ)能和損耗之間的關(guān)系，是表征諧振器優(yōu)劣的重要指標(biāo),其定義為式中W0為諧振器中的儲(chǔ)能;PL為諧振器中的損耗功率。

諧振器內(nèi)儲(chǔ)存電磁能量

一個(gè)周期內(nèi)損耗的電磁能量

|諧振時(shí)

諧振器的損耗包括:導(dǎo)體損耗,介質(zhì)損耗和輻射損耗,對(duì)于封閉形的諧振器,輻射損耗為零,如果假定諧振器內(nèi)介質(zhì)是無(wú)耗的,則諧振器的損耗只有壁電流的熱損耗,故有在諧振時(shí),電磁場(chǎng)的總儲(chǔ)能為式中V為諧振器的體積;ε和μ分別為諧振器內(nèi)媒質(zhì)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率S為諧振器導(dǎo)體內(nèi)壁的表面積;Rs為導(dǎo)體內(nèi)表面電阻率;Jl為導(dǎo)體內(nèi)表面的電流線密度;Ht為導(dǎo)體內(nèi)表面的切向磁場(chǎng)。壁電流的熱損耗:諧振器的品質(zhì)因素的計(jì)算公式:

矩形腔圓柱腔同軸腔三矩形諧振腔當(dāng)矩形波導(dǎo)終端短路時(shí)，電磁波將被全部反射，在波導(dǎo)中形成駐波。若矩形波導(dǎo)工作于主模，TE10波的電場(chǎng)僅有橫向分量，短路端形成電場(chǎng)駐波的波節(jié)。在離短路端半個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)處，又形成第二個(gè)電場(chǎng)駐波的波節(jié)。若在此處放置一塊橫向短路片，仍然滿(mǎn)足電場(chǎng)邊界條件d

g

/2baxyz電磁波在短路端及短路片之間來(lái)回反射形成駐波短路端短路片電場(chǎng)駐波的波節(jié)d

g

/2baxyz金屬腔中的電場(chǎng)及磁場(chǎng)在x及z方向上均形成駐波，但電場(chǎng)駐波及磁場(chǎng)駐波的時(shí)間相位差為π/2金屬腔中的電場(chǎng)及磁場(chǎng)在x及z方向上均形成駐波，但電場(chǎng)駐波及磁場(chǎng)駐波的時(shí)間相位差為π/2。當(dāng)電場(chǎng)能量達(dá)到最大值時(shí)，磁場(chǎng)能量為零；反之，當(dāng)磁場(chǎng)能量達(dá)到最大值時(shí)，電場(chǎng)能量為零。電磁能量在電場(chǎng)與磁場(chǎng)之間不斷地交換，而且無(wú)須外界輸入能量一直存在，這種現(xiàn)象稱(chēng)為諧振。因此這種金屬腔稱(chēng)為諧振腔，它可作為微波電路中的諧振器件(一)振蕩模式及其場(chǎng)分布矩形波導(dǎo)中傳輸?shù)哪Ｊ接蠺E模和TM模,相應(yīng)諧振腔中同樣有TE振蕩模和TM振蕩模,分別以TEmnp和TMmnp表示之m,n和p分別表示場(chǎng)分量沿波導(dǎo)寬壁,窄壁和長(zhǎng)度上變化的半駐波數(shù)。其中最低振蕩模式為T(mén)E101矩形諧振腔的場(chǎng)分布矩形諧振器及TE101諧振模的場(chǎng)分布二）諧振波長(zhǎng)λ及諧振頻率f分別為可見(jiàn)，諧振波長(zhǎng)或諧振頻率不僅與諧振腔的尺寸有關(guān)，還與波導(dǎo)中的工作模式有關(guān)，每組（mnl）對(duì)應(yīng)于一種模式。例如TE101模式代表矩形波導(dǎo)諧振腔工作于TE10波，腔長(zhǎng)為半個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)。

帶入m=1,n=0,p=1，得到當(dāng)波導(dǎo)尺寸滿(mǎn)足b<a<l時(shí)，TE101模的諧振波長(zhǎng)最長(zhǎng)，為最低振蕩模式當(dāng)波導(dǎo)尺寸b，a，d一定時(shí)，諧振波長(zhǎng)隨m,n,l變化，對(duì)應(yīng)無(wú)數(shù)個(gè)諧振波長(zhǎng)，說(shuō)明矩形諧振器具有多諧性。并存在TE振蕩模和TM振蕩模的簡(jiǎn)并模矩形諧振腔的Q

值很高，內(nèi)部為空氣的銅質(zhì)矩形諧振腔，當(dāng)a=b=d