微波技术基础9-其他形式的谐振器.ppt

构成：由一小段长度为的圆形、矩形或者环形低损耗高介电常数且Q值高的、对温度变化稳定的介质波导制成。优点：体积小，Q值高，温度稳定性好，成本低，便于集成。,介质谐振器,微波谐振器,原理上类似于金属波导谐振器；绝大部分场集中在谐振器内部；介质谐振器外面有一定的边缘场。,与金属谐振器的异同：,求解方法：混合磁壁法，开波导法和变分法。,微波谐振器,将圆柱介质谐振器看成一段圆柱形介质波导，上下的空气区域看成截止波导，假设r=a为圆柱面的磁壁边界条件。,微波谐振器,孤立圆柱形介质谐振器,用混合磁壁法来求解TE模式的谐振频率。,微波谐振器,TE模满足如下方程,场在介质内应呈驻波分布，在介质外为衰减状态。用分离变量法可求得解为,微波谐振器,已假设r=a的圆柱面为磁壁，则该处的Hz必须为零，于是有=0，得介质波数：在 的端面上，切向场必须连续，因此最终可求得 此即圆柱形介质谐振器TE模式的特征方程。这样，圆柱介质谐振器TE模式可以表示成，最低次模式为 模式。,m=0，1，2，；n=0，1，2,微波谐振器,孤立圆柱介质谐振器的 模式的场结构 实用的圆柱形介质谐振器多选用 模式工作，有以下特点：电场和磁场都是圆对称的，与微带线耦合方便；能量在介质谐振器内的集中程度高，其周围金属引入的损耗小，介质谐振器置于微带线基片上的Q值变化小；,微波谐振器,模式容易辨认，其他性能比较容易精确的测量；Q值较高；缺点是频率特性比较陡，模式介质谐振器的稳定调谐 带宽比较窄。已知，便可求出谐振频率 其无载Q值可以由下式近似计算：介质谐振器的Q值一般为5000-10000,微波谐振器,使用开波导法求解圆柱形介质谐振器模式的谐振频率。如图，将横截面分为几个区域。阴影区、中场忽略不计。,微波谐振器,屏蔽的圆柱形介质谐振器,微波谐振器,MIC中介质谐振器与电路的耦合,微波谐振器,法布里珀罗谐振器（开式谐振器）,两块平行导体板构成TEM波驻波场。条件：该式中的场满足边界条件,微波谐振器,工作原理,(考虑边界无穷大),由此可以得到单位面积上的电场储能为单位面积的磁场储能为平行板之间的单位面积功率损耗为,微波谐振器,导体损耗的Q值为 结果说明，这种开式谐振腔的Q值与模数成正比，即随模数增多而增大。开式谐振器的稳定性有限大开式谐振腔面临以下情况而产生不稳定（场发散）:激励的波的传播方向与子轴平行；两反射板不完全平行或反射板面不平整。,微波谐振器,解决方法：平行板变为曲面镜（球面镜）；实质：将场（能量）限制在镜面轴线附近窄小区域内，防止场发散。几何光学证明满足以下条件时，图所示开式谐振腔可形成稳定的模式：,微波谐振器,-球面镜曲率半径,-纵轴模数 k=,式中，C-光速,d腔距,当两曲面镜曲率半径相等时，谐振频率：,直接耦合 直接耦合机构中，电磁波经导行机构耦合到谐振器的过程中，不会因耦合机构而改变模式，耦合机构仅起变换作用，可用一个变换器来等效。,微波谐振器,谐振器的激励与耦合,探针耦合和环耦合 电耦合 磁耦合,微波谐振器,孔耦合 孔耦合（又称为窗孔）应设置在谐振器与输入波导之间以使谐振器中模式的场分量与输入波导的场分量一致。,微波谐振器,耦合的影响影响有二：(1)在谐振器中引入一个电抗，使谐振器失谐，即使谐振频率改变；(2)在谐振器中引入一个电阻，使谐振器的能量损耗增大，从而使其Q值降低。定义耦合系数：,微波谐振器,称谐振器与馈线为欠耦合或松耦合;称谐振器与馈线为临界耦合;称谐振器与馈线为过耦合或紧耦合。,微波谐振器,根据耦合系数的大小，有三种耦合状态：,利用,知,而,(可测量Q0值),若谐振器有N个匹配的耦合端口，则,微波谐振器,定义：当激励源去掉时振荡衰减的量度。储能W随时间的衰减关系为：,阻尼因子,微波谐振器,继续,