1、2020/9/3,第五章 無源微波電路,1,5.9.1 從波導雙T到魔T,(a) 4輸入，2、3等幅反相輸出 s24= -s34 ，功率均分（3dB),(b) 1輸入，2、3等幅同相輸出 s31= s21 ，功率均分（3dB),(c) 1、4端口相互隔離s41= s14 0,(d) 結構的對稱性和互易性,(1)波導雙T結構,特性：,2020/9/3,第五章 無源微波電路,2,(2) 匹配雙T分支魔T,(a)魔T的特性：當TE10波自E臂輸入，其它各端口接匹配負載時，端口4無反射；當TE10波自H臂輸入，其余各端口均接匹配負載時，端口1無反射。即S11=S44=0。,2020/9/3,第五章 無

2、源微波電路,3,(b)魔T接頭的匹配： 方法一： 當(2)、(3)、(4)三個端口接匹配負載，在接頭內(nèi)部的對稱面插入一根金屬圓棒，調(diào)整其粗細、位置及插入深度，使H臂端口呈現(xiàn)匹配狀態(tài)，然后鎖緊。因金屬圓棒與H臂中的電場力線相平行，對電場有反射，起調(diào)配作用，對E臂中的TE10波幾乎不起作用，因為E臂中電場力線方向與金屬圓棒相垂直。然后讓(1)、(2)、(3)三個端口均接匹配負載，TE10波自E臂輸入，在接頭區(qū)E臂中加入一些感性膜片，使產(chǎn)生一新的反射與接頭處的反射相抵消。膜片的大小、厚度和位置由實驗調(diào)整確定。由于膜片與E臂中電場力線相平行，故對E臂中的場有反射作用，而對H臂的場無影響。 方法二：匹配

3、元件是一個金屬圓錐體，頂部有一金屬圓棒，錐體部分在底部被削去一塊。圓棒對調(diào)配H臂起作用，圓錐部分對H臂、E臂的匹配均起作用，這種結構的匹配雙T性能較好，在 10頻帶內(nèi)。駐波比可小于1.2。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,4,(c)魔T性質(zhì)：1、4端口匹配，2、3端口會自動達到匹配。,證：,無耗：,SH第一行與s第一列相乘,SH第四行與s第四列相乘,2020/9/3,第五章 無源微波電路,5,適當選取參考面T1 、 T2 、 T3 和 T4位置,使得,SH第二行與s第二列相乘,魔T的玄妙特性： 1、4端口匹配，2、3端口會自動達到匹配； 1、4端口隔離，2、3端口也互相隔離,2020/

4、9/3,第五章 無源微波電路,6,5.9.2 魔T的應用,(1) 微波電橋阻抗測量 由H臂輸入的信號等幅、同相地被分到(2)、(3)兩端口中去，(2)端口接的阻抗和(3)端口相等時，則兩個阻抗引起的反射波也是等幅、同相的，因此E臂不會有輸出，指示器的指示值為零，如果兩個阻抗不相等，則它們會引起反射波，不僅不同相，且幅度也不相等，因此E臂有輸出，指示也就不等于零，此時可調(diào)整端口(2)的已知阻抗，直到指示器顯示為零，則端口3所測的阻抗就等于調(diào)整后的已知阻抗。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,7,5.9.2 魔T的應用,(2) 平衡混頻器 在超外差接收機混頻電路中，將本振信號和接收信號分別接

5、匹配雙T的E臂和H臂，而主線上的兩個臂內(nèi)裝接混頻二極管。這樣本振和接收信號都能以相等的幅度、適當?shù)南辔患釉趦蓚€二極管上進行混頻，其差頻信號送到中放電路中進行放大。如果兩個二極管的特性完全一致，則本振功率不會傳到天線而輻射出去，天線接收的信號也不會漏到本振源電路中。采用平衡混頻頻電路，本振與信號互相隔離，并可以抑制本振源噪聲，有利于降低噪聲系數(shù)，提高混頻器性能。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,8,5.9.3 附：波導中的電抗元件,1. 電容膜片 在波導寬壁的橫向放置一塊金屬膜片,在其上對稱或不對稱之處開一個與波導寬壁尺寸相同的窄長窗孔。,當波導寬壁上的軸向電流到達膜片時,要流進膜片。而

6、電流到達膜片窗口時,傳導電流被截斷,在窗孔的邊緣上積聚電荷而進行充放電,因此兩膜片間就有電場的變化,而儲存電能。這相當于在橫截面處并接一個電容器,故這種膜片稱為電容膜片,2020/9/3,第五章 無源微波電路,9,5.9.3 附：波導中的電抗元件,2. 電感膜片 矩形波導中的電感膜片及其等效電路。當在波導橫向插進該膜片以后,使波導寬壁上的軸向電流產(chǎn)生分流,于是在膜片的附近必然會產(chǎn)生磁場,并集中一部分磁能,因此這種膜片為電感膜片。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,10,5.9.3 附：波導中的電抗元件,3. 諧振窗 在橫向金屬膜片上開有一個小窗, 稱為諧振窗。,可看成電感膜片和電容膜片的

7、組合； 當工作頻率等于諧振頻率時，信號可無反射的通過； 當工作頻率低于諧振頻率，呈感性； 當工作頻率高于諧振頻率，呈容性。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,11,5.9.3 附：波導中的電抗元件,4 銷釘 在矩形波導中采用一根或多根垂直對穿波導寬壁的金屬圓棒,稱為電感銷釘,其結構和等效電路如圖所示。 電感銷釘?shù)碾娂{與銷釘?shù)拇旨毤案鶖?shù)有關,銷釘愈粗,電感電納愈大;根數(shù)愈多,電納愈大。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,12,5.9.3 附：波導中的電抗元件,5. 螺釘 膜片和銷釘在波導內(nèi)的位置和尺寸不容易調(diào)整,故只能作固定電抗元件使用。而螺釘插入波導的深度可以調(diào)節(jié),電納的性質(zhì)和大小

8、也隨之改變,使用方便,是小功率微波設備中常采用的調(diào)諧和匹配元件。 當螺釘插入波導較淺時,一方面和電容膜片一樣,會集中電場具有容性電納的性質(zhì);另一方面波導寬壁的軸向電流會流進螺釘從而產(chǎn)生磁場,故又具有感性電納的性質(zhì)。但由于螺釘插入波導的深度較淺,故總的作用是容性電納占優(yōu)勢,故可調(diào)螺釘?shù)牡刃щ娐窞椴⒔右粋€可變電容器；當插入深度增加到約1/4波長時可等效為串聯(lián)諧振；當進一步增大時，磁場起主要作用，螺釘可等效為一電感。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,13,5.9.3 附：波導中的電抗元件,5. 螺釘,波導可調(diào)螺釘及其等效電路,2020/9/3,第五章 無源微波電路,14,5.10 定向耦合器

9、,定向耦合器是一種具有定向傳輸特性的四端口元件, 它是由耦合裝置聯(lián)系在一起的兩對傳輸系統(tǒng)構成的。,二分支定向耦合器,2020/9/3,第五章 無源微波電路,15,5.10.1 定向耦合器的簡單機理,端口1激勵時,4端口：a和a兩路信號合成，相差 ，抵消，隔離端,3端口：b和b兩路信號同相疊加，耦合端,2端口：直通端,為了增加定向耦合器的耦合度，拓寬工作頻帶, 可采用多孔定向耦合器。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,16,5.10.2 定向耦合器的技術指標,（1）耦合度,主波導輸入功率與輔波導耦合臂輸出功率之比，也稱過渡衰減。,（2）方向性,輔波導耦合臂與隔離臂輸出功率之比，,一般情況下

10、愈大愈好,2020/9/3,第五章 無源微波電路,17,其他端口都接匹配負載時的輸入端口的駐波比定義為輸入駐波比， ,（3）輸入駐波比,輸入端的輸入功率P1和隔離端的輸出功率P4之比定義為隔離度,（4） 隔離度,（5） 工作帶寬 工作帶寬是指定向耦合器的上述參數(shù)均滿足要求時的工作頻率范圍。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,18,5.10.3 對稱理想定向耦合器的散射矩陣,第一類：端口1、4完全隔離,隔離、結構對稱特性,結構對稱特性,假設各端口匹配,只有兩個參量獨立,2020/9/3,第五章 無源微波電路,19,無耗互易：,此類對稱定向耦合器直通臂和耦合臂的外向波存在著90o的相位差 (

11、正交(90度)混合網(wǎng)絡)。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,20,第二類：端口1、3完全隔離,隔離、結構對稱特性,結構對稱特性,假設各端口匹配,利用無耗互易性，同理可得,同樣，此類對稱定向耦合器直通臂和耦合臂的外向波也存在著90o的相位差。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,21,5.10.4 應用奇偶模理論分析定向耦合器,奇偶模理論是分析對稱結構定向耦合器的有力工具，此處分析的定向耦合器結構不僅上下對稱、左右也對稱。,偶模激勵,奇模激勵,定向耦合器散射矩陣,結構對稱性：,2020/9/3,第五章 無源微波電路,22,偶模激勵,偶模激勵,偶模反射系數(shù),偶模透射系數(shù),12和43中間

12、為磁壁，好似兩根獨立相同的波導， 為其中之一的反射系數(shù)和透射系數(shù)。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,23,奇模反射系數(shù),奇模透射系數(shù),12和43中間為電壁，好似兩根獨立相同的波導， 為其中之一的反射系數(shù)和投射系數(shù)。,奇模激勵,奇模激勵,2020/9/3,第五章 無源微波電路,24,兩種可能的定向耦合器：,2020/9/3,第五章 無源微波電路,25,第一種情況：,第二種情況：,2020/9/3,第五章 無源微波電路,26,例：矩形波導縫隙定向耦合器,偶模：,奇模：,調(diào)節(jié)螺釘，使得,TE10,TE20,2020/9/3,第五章 無源微波電路,27,2020/9/3,第五章 無源微波電路,

13、28,選擇參考面位置，使得,功率平均分配 相位差90度,2020/9/3,第五章 無源微波電路,29,5.11.1 微帶耦合線定向耦合器,特性： 若1端口輸入，4端口為耦合端口，3端口為隔離端口，2端口為直通端口； 耦合端口與直通端口輸出電壓間有90度的相位差,2020/9/3,第五章 無源微波電路,30, /4微帶平行線定向耦合器(反向）,1. 偶模激勵,2020/9/3,第五章 無源微波電路,31,2.奇模激勵,2020/9/3,第五章 無源微波電路,32,3. s,匹配條件,2020/9/3,第五章 無源微波電路,33,5.11.2 微帶分支線定向耦合器,結構特點：,分支導帶的長度及其間

14、隔均為1/4線上波長。,其中，1、G、H為對輸入端的歸一化特性導納,奇偶模分析法,1、4端口偶模激勵，對稱面開路,并聯(lián)阻抗為：,并聯(lián)導納為：,1、4端口奇模激勵，對稱面短路,并聯(lián)阻抗為：,并聯(lián)導納為：,2020/9/3,第五章 無源微波電路,34,偶模激勵：,奇模激勵：,同理：,2020/9/3,第五章 無源微波電路,35,s和a的關系：,2020/9/3,第五章 無源微波電路,36,理想定向耦合器：,2020/9/3,第五章 無源微波電路,37,特性： 2、3端口輸出電壓相位差為90度； 輸入端口無反射； 隔離端口無輸出,3dB定向耦合器：,2020/9/3,第五章 無源微波電路,38,應用

15、：微帶平衡混頻器,2020/9/3,第五章 無源微波電路,39,5.11.4 微帶環(huán)形定向耦合器,結構特點：上下結構對稱，左右結構不對稱,根據(jù)結構對稱性和互易性可得：,散射矩陣：,2020/9/3,第五章 無源微波電路,40,1、4端口激勵奇偶模分析（對稱面AA）,1、4端口偶模激勵，對稱面開路,1、4端口奇模激勵，對稱面短路,2020/9/3,第五章 無源微波電路,41,偶模激勵,奇模激勵,2020/9/3,第五章 無源微波電路,42,s和a的關系：,2020/9/3,第五章 無源微波電路,43,特性： 1端口輸入，3端口為隔離端口； 1端口輸入，2、4端口同相輸出,12：上分支，90度相移

16、；下分支，450度相移；兩路同相位。 14：上分支，450度相移；下分支，90度相移；兩路同相位。,路程差0度,2020/9/3,第五章 無源微波電路,44,2、3端口激勵，奇偶模分析（對稱面AA）,2、3端口偶模激勵，對稱面開路,2、3端口奇模激勵，對稱面短路,2020/9/3,第五章 無源微波電路,45,偶模激勵,奇模激勵,2020/9/3,第五章 無源微波電路,46,s和a的關系：,2020/9/3,第五章 無源微波電路,47,21：左分支，90度相移；右分支，450度相移；兩分支同相位。 23：左分支，270度相移；右分支，270度相移；兩分支同相位。,特性： 2端口輸入，4端口為隔離

17、端口； 2端口輸入，1、3端口反相輸出,路程差180度,2020/9/3,第五章 無源微波電路,48,3dB定向耦合器,3dB環(huán)形電橋,2020/9/3,第五章 無源微波電路,49,3dB環(huán)形電橋,特性： 1輸入，2、4等幅同相輸出，功率均分 2輸入，1、3等幅反相輸出，功率均分 1、3端口相互隔離，2、4端口相互隔離,環(huán)形定向耦合器和魔T比較：,4輸入，2、3等幅反相輸出，功率均分 1輸入，2、3等幅同相輸出，功率均分 1、4端口相互隔離，2、3端口相互隔離,魔T,2020/9/3,第五章 無源微波電路,50,5.15 鐵氧體器件,以上所介紹的各種微波元件, 都是線性、互易的, 但在許多情況

18、下, 我們卻需要具有非互易性的器件。例如, 在微波系統(tǒng)中, 負載的變化對微波信號源的頻率和功率輸出會產(chǎn)生不良影響, 使振蕩器性能不穩(wěn)定。 了解決這樣的問題, 最好在負載和信號源之間接入一個具有不可逆?zhèn)鬏斕匦缘钠骷? 即微波從振蕩器到負載是通行的, 反過來從負載到振蕩器是禁止通行的。這樣當負載不匹配時, 從負載反射回來的信號不能到達信號源, 從而保證了信號源的穩(wěn)定, 這種器件具有單向通行、反向隔離的功能, 因此稱為單向器或隔離器。 另一類非互易器件是環(huán)行器, 它具有單向循環(huán)流通功能。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,51,在非互易器件中, 非互易材料是必不可少的, 微波技術中應用很廣泛的

19、非互易材料是鐵氧體。鐵氧體是由Fe2O3 與其它二價金屬氧化物（如：錳、鎂、鎳、鋅、鋇）合成的一種黑褐色、具有各向異性磁性的陶瓷材料。 鐵氧體電阻率很大, 當微波頻率的電磁波通過鐵氧體時, 導電損耗是很小的。 電特性 鐵氧體是一種非線性各向異性磁性物質(zhì), 它的磁導率隨外加磁場而變, 即具有非線性; 在加上恒定磁場以后, 它在各方向上對微波磁場的磁導率是不同的, 就是說其具有各向異性的。由于這種各向異性, 當電磁波從不同的方向通過磁化鐵氧體時, 便呈現(xiàn)一種非互易性。利用這種效應, 便可以做成各種非互易微波鐵氧體元件。 ,2020/9/3,第五章 無源微波電路,52,5.15.1 鐵氧體的張量導磁

20、率,2020/9/3,第五章 無源微波電路,53,5.15.2 鐵氧體的標量導磁率,本征值非零的充要條件,2020/9/3,第五章 無源微波電路,54,2020/9/3,第五章 無源微波電路,55,右旋極化波,左旋極化波,線極化波,右旋極化波作用下：,左旋極化波作用下：,2020/9/3,第五章 無源微波電路,56,右旋極化波作用下：,左旋極化波作用下：,時， 出現(xiàn)峰值， 磁損耗最大，稱為諧振吸收效應。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,57,5.15.3 矩形波導場移式隔離器,2020/9/3,第五章 無源微波電路,58,5.15.3 矩形波導場移式隔離器,向正z方向傳播的波：,左旋圓

21、極化波,右旋圓極化波,2020/9/3,第五章 無源微波電路,59,-Z方向傳播：左旋圓極化波,在X2處，,+Z方向傳播：右旋圓極化波,對偏置來說是低場區(qū),2020/9/3,第五章 無源微波電路,60,5.15.4 矩形波導諧振式隔離器,-Z方向傳播：右旋圓極化波,在X1處，,+Z方向傳播：左旋圓極化波,2020/9/3,第五章 無源微波電路,61,5.15.5 對稱Y形環(huán)形器,1. 理想環(huán)行器,2020/9/3,第五章 無源微波電路,62,在X1處，,+Z方向傳播：左旋圓極化波,在X2處，,+Z方向傳播：右旋圓極化波,2020/9/3,第五章 無源微波電路,63,環(huán)行器的應用,2020/9/

22、3,第五章 無源微波電路,64,定理：旋轉(zhuǎn)對稱的無耗非互易三端口網(wǎng)絡，若各端口全匹配，則該網(wǎng)絡必定是一個理想環(huán)行器。,證：,旋轉(zhuǎn)對稱性,端口匹配,無耗網(wǎng)絡：,解為,2020/9/3,第五章 無源微波電路,65,2020/9/3,第五章 無源微波電路,66,5. 16 諧振腔,在低頻電路中, 諧振回路是一種基本元件, 它是由電感和電容串聯(lián)或并聯(lián)而成, 在振蕩器中作為振蕩回路，用以控制振蕩器的頻率; 在放大器中用作諧振回路; 在帶通或帶阻濾波器中作為選頻元件等。在微波頻率上, 也有上述功能的器件, 這就是微波諧振器件, 它的結構是根據(jù)微波頻率的特點從LC回路演變而成的。微波諧振器一般有傳輸線型諧振

23、器和非傳輸線諧振器兩大類, 傳輸線型諧振器是一段由兩端短路或開路的微波導行系統(tǒng)構成的, 如金屬空腔諧振器、 同軸線諧振器和微帶諧振器等, 如下頁圖1所示, 在實際應用中大部分采用此類諧振器。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,67,圖1 各種微波諧振器,2020/9/3,第五章 無源微波電路,68,5.16.1 諧振腔的基本參數(shù) 低頻電路中的LC回路是由平行板電容C和電感L并聯(lián)構成， 如圖 2(a)示。它的諧振頻率為 當要求諧振頻率越來越高時, 必須減小L和C。 減小電容就要增大平行板距離, 而減小電感就要減少電感線圈的匝數(shù), 直到僅有一匝如圖 2(b)所示; 如果頻率進一步提高, 可以

24、將多個單匝線圈并聯(lián)以減小電感L, 如圖 2(c)所示; 進一步增加線圈數(shù)目, 以致相連成片, 形成一個封閉的中間凹進去的導體空腔， 如圖2(d)所示, 這就成了重入式空腔諧振器; 繼續(xù)把構成電容的兩極拉開, 則諧振頻率進一步提高, 這樣就形成了一個圓盒子和方盒子, 如圖2(e)所示, 這也是微波空腔諧振腔的常用形式。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,69,圖 2 微波諧振腔的演化過程,2020/9/3,第五章 無源微波電路,70,雖然它們與最初的諧振電路在形式上已完全不同, 但兩者之間的作用完全一樣, 只是適用于不同頻率而已。對于諧振腔而言, 已經(jīng)無法分出哪里是電感、哪里是電容, 腔體

25、內(nèi)充滿電磁場, 因此只能用場的方法進行分析。 集總參數(shù)諧振回路的基本參量是電感L、電容C和電阻R, 由此可導出諧振頻率、品質(zhì)因數(shù)和諧振阻抗或?qū)Ъ{。但是在微波諧振腔中, 集總參數(shù)L、R、C已失去具體意義, 所以通常將諧振腔頻率f0、品質(zhì)因數(shù)Q0和等效電導G0作為微波諧振腔的三個基本參量。 ,2020/9/3,第五章 無源微波電路,71,(1) 諧振頻率 諧振頻率f0是微波諧振腔最主要的參數(shù)。對于金屬空腔諧振腔, 可以看作一段金屬波導兩端短路, 因此腔中的波不僅在橫向呈駐波分布, 而且沿縱向也呈駐波分布, 所以為了滿足金屬波導兩端短路的邊界條件, 腔體的長度l和波導波長g應滿足,于是有,由規(guī)則波導

26、理論得,2020/9/3,第五章 無源微波電路,72,故諧振頻率為,式中，v為媒質(zhì)中波速，c為對應模式的截止波長。 可見諧振頻率由振蕩模式、腔體尺寸以及腔中填充介質(zhì)(, )所確定, 而且在諧振器尺寸一定的情況下, 與振蕩模式相對應有無窮多個諧振頻率。 求諧振頻率 有三種方法： (a) 集中參數(shù)法：適用于電場、磁場相對集中的腔體，計算出腔體的電容和電感，用公式 計算。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,73,(b) 場解法，由波動方程、邊界條件求出腔體中各模式的場分量，各模式對應一個波數(shù) ，已知波數(shù)后可計算腔體的諧振頻率，適用于形狀規(guī)則的腔體。 (c) 電納法：先要求出諧振腔的等效電路，諧

27、振時，在等效電路的任一截面上總電納為零，即： Bl和B2分別為等效電路的任一截面向左、向右看輸入的電納。 (2) 品質(zhì)因數(shù) 品質(zhì)因數(shù)Q0是表征微波諧振腔頻率選擇性的重要參量, 它的定義為,2020/9/3,第五章 無源微波電路,74,式中，W為諧振腔中的儲能, WT為一個周期內(nèi)諧振腔損耗的能量, Pl為諧振腔的損耗功率。 而諧振腔的儲能為,諧振器的平均損耗主要由導體損耗引起, 設導體表面電阻為RS, 則有,式中, Ht為導體內(nèi)壁切向磁場，而JS=nHt, n為法向矢量。 于是有,2020/9/3,第五章 無源微波電路,75,式中，為導體內(nèi)壁趨膚深度。因此只要求得諧振腔內(nèi)場分布, 即可求得品質(zhì)因

28、數(shù)Q0。 為粗略估計諧振腔內(nèi)的Q0值, 近似認為H|=Ht|, 這樣上式可近似為,式中， S、 V分別表示諧振器的內(nèi)表面積和體積。 可見: Q0 V/S， 應選擇諧振器形狀使其V/S大; ,2020/9/3,第五章 無源微波電路,76,上述討論的品質(zhì)因數(shù)Q0 是未考慮外接激勵與耦合的情況, 因此稱之為無載品質(zhì)因數(shù)或固有品質(zhì)因數(shù)。 (3) 等效電導G0 等效電導G0是表征諧振器功率損耗特性的參量, 若諧振器上某等效參考面的邊界上取兩點a, b, 并已知諧振器內(nèi)場分布, 則等效電導G0可表示為,可見等效電導G0具有多值性, 與所選擇的點a和b有關。 以上討論的三個基本參量的計算公式都是針對一定的振

29、蕩模式而言的, 振蕩模式不同，所得參量的數(shù)值不同。因此上述公式只能對少數(shù)規(guī)則形狀的諧振器才是可行的。對復雜的諧振器, 只能用等效電路的概念, 通過測量來確定f0、Q0和G0。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,77,5.16.2 矩形腔 矩形腔是由一段長為l、 兩端短路的矩形波導組成，如圖 3 所示。與矩形波導類似, 它也存在兩類振蕩模式，即TE和TM模式。,圖 3 矩形諧振器及其坐標,2020/9/3,第五章 無源微波電路,78,設波導中TEmn、TMmn的橫向電場為：,由邊界條件,(1) 矩形諧振腔的解,2020/9/3,第五章 無源微波電路,79,(1) 矩形諧振腔的解,TE波,T

30、M波,2020/9/3,第五章 無源微波電路,80,(1) 矩形諧振腔的解,TE波,電場的橫向分量與磁場的橫向分量已不再同相，有了 的相位差。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,81,(2) 諧振頻率、波長,2020/9/3,第五章 無源微波電路,82,(2) 矩形諧振腔的主模TE101,2020/9/3,第五章 無源微波電路,83,式中, c為自由空間光速, 對應諧振波長為,(b) 品質(zhì)因數(shù)Q0 由TE101模的場表達式可得,而ZTE= , =10= , 代入上式整理得,(a) 主模諧振頻率和諧振波長,2020/9/3,第五章 無源微波電路,84,導體損耗功率為,于是品質(zhì)因數(shù)Q0為,2

31、020/9/3,第五章 無源微波電路,85,(3) 矩形諧振腔的模式圖,a=2b時矩形諧振腔的模式圖,2020/9/3,第五章 無源微波電路,86,(4) 相位法求諧振頻率,波往返一周后與原信號同相，則兩個波同相疊加，如此下去發(fā)生諧振。即：,當,2020/9/3,第五章 無源微波電路,87,(1) 圓柱諧振腔解,5.16.3 圓柱諧振腔兩端短路的圓波導,TE波,2020/9/3,第五章 無源微波電路,88,TM波,(1) 圓柱諧振腔解,2020/9/3,第五章 無源微波電路,89,(2) 諧振波長及諧振頻率,諧振時縱向長度,諧振時的波長及頻率,2020/9/3,第五章 無源微波電路,90,(3

32、) 圓柱諧振腔的常用振蕩模式,(a) TM010型振蕩模式,場分量,TM010模的場結構,TM010模的壁電流分布,諧振波長,在圓柱側(cè)面上僅有縱向電流，在兩端面內(nèi)壁上僅有徑向電流，在腔壁上不能有角向縫隙。,品質(zhì)因數(shù)：,2020/9/3,第五章 無源微波電路,91,(b) TE011型振蕩模式,TE011模的場結構及壁電流分布,端面,側(cè)壁,(3) 圓柱諧振腔的常用振蕩模式,諧振波長,TE011模式的Q值較高，保持了圓波導TE01模式損耗小的特性，其場沿角向無變化，不存在簡并振蕩模式。用于高精度柏長計，頻譜分析儀。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,92,(c) TE111型振蕩模式,場分量

33、,TE111模的場結構,(3) 圓柱諧振腔的常用振蕩模式,諧振波長,諧振頻率隨腔長變化，可通過調(diào)諧活塞來測定波長。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,93,(4) 圓柱諧振腔的模式圖,腔中為空氣，頻率以Hz為單位，尺寸以cm為單位，則上式為：,2020/9/3,第五章 無源微波電路,94,5.16.4 同軸腔,工作在TEM模式，諧振只發(fā)生在軸向方向，下面是同軸腔的三種基本形式。,(a) 兩端短路的同軸腔半波長諧振腔，由相位法：,2020/9/3,第五章 無源微波電路,95,5.16.4 同軸腔,(b) 同軸線一端短路另一端開路1/4波長諧振腔，將外導體伸長一些。利用諧振法,2020/9/

34、3,第五章 無源微波電路,96,(c) 電容加載同軸腔,向左看進去的輸入導納,向右看進去的輸入導納,超越方程，圖解、數(shù)值、近似,5.16.4 同軸腔,2020/9/3,第五章 無源微波電路,97,諧振頻率為：01、02、03,對應的長度：L1/4、L23/4、L35/4,長度比電容為零時的/4同軸諧振腔縮短了,電容愈大，腔長愈短。,比/4同軸諧振腔的Q值較低、帶寬寬由于電場在電容附近過于集中，使流過腔壁的電流增加，因而損耗增加，品質(zhì)因數(shù)下降。,(c) 電容加載同軸腔縮短電容型同軸腔。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,98,5.16.5 微帶諧振腔 微帶電路型諧振腔的結構形式很多, 有條

35、形諧振腔。圓形諧振腔、環(huán)形諧振腔和橢圓形諧振腔。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,99,5.16.5 微帶諧振腔 (1) 條形諧振腔 工作于準TEM模式，與同軸型諧振腔類似，工作于兩端短路或兩端開路的微帶線構成的 帶諧振腔；或者一端短路、一端開路的微帶諧振腔。,開路相當于兩端各接有一接地電容，可轉(zhuǎn)換為開路微帶線，微帶條形諧振腔的實際長度小于1/2帶內(nèi)波長，其諧振條件是：,2020/9/3,第五章 無源微波電路,100,微帶中計算邊緣電容的方法求得：,類似的對于 微帶諧振腔有：,(2) 微帶環(huán)形諧振器 當微帶環(huán)的平均周長等于微帶線帶內(nèi)波長的整數(shù)倍時，電磁波便能在帶內(nèi)形成穩(wěn)定的行波振蕩，因

36、此諧振條件是：,振蕩模式是TMmn0模式，主模為TM110模式。,(3) 微帶圓形諧振腔 導帶制成圓片形，是環(huán)形諧振腔在 時的情況?？煽醋魃舷碌酌鏋槔硐腚姳?，四周圓柱側(cè)面為磁壁，內(nèi)充以介質(zhì)的高度極小的諧振腔。振蕩模式是TMmn0模式，主模是TM110模式。,2020/9/3,第五章 無源微波電路,101,5.16.7 諧振腔的激勵耦合 前面介紹的都是孤立諧振腔的特性, 實際的微波諧振腔總是通過一個或幾個端口和外電路連接, 我們把諧振腔和外電路相連的部分稱作激勵裝置或耦合裝置。對波導型諧振腔的激勵方法與第3章中波導的激勵和耦合相似, 有電激勵、 磁激勵和電流激勵三種, 而微帶線諧振器通常用平行耦合微帶線來實現(xiàn)激勵和耦合