微波技術(shù)-第六章

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)諧振電路輸入阻抗：傳輸復(fù)功率：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半功率帶寬當(dāng)頻率使得6.1.2 并聯(lián)諧振電路改寫：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(duì)于串聯(lián)諧振電路，負(fù)載電阻導(dǎo)致電路電阻增加；對(duì)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：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)。6.2.1 短路λ/2傳輸線雙曲正切變換無耗在諧振頻率附近考慮低損耗考慮TEM?？紤]λ/2（中心頻率處）傳輸線簡(jiǎn)化1簡(jiǎn)化2輸入阻抗為：對(duì)比集總參數(shù)串聯(lián)諧振電路：高階小量特點(diǎn)：1、多諧特性2、Q值隨衰減增加而降低6.2.2 短路λ/4傳輸線（并聯(lián)諧振）在諧振頻率附近考慮低損耗考慮TEM?？紤]λ/4（中心頻率處）傳輸線簡(jiǎn)化1簡(jiǎn)化2輸入阻抗：高階小量對(duì)比集總參數(shù)并聯(lián)諧振電路：6.2.3 開路λ/2傳輸線（并聯(lián)諧振）例6.26.3 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(chǔ)于諧振腔內(nèi)部，功率在諧振腔腔壁和填充介質(zhì)中消耗。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(chǎng)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(chǎng)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利用邊界條件z＝0處邊界條件z＝d處邊界條件A＋＝－A－結(jié)論：在諧振頻率處諧振腔的長(zhǎng)度必須是半波長(zhǎng)的正數(shù)倍！矩形腔是以波導(dǎo)形式出現(xiàn)的短路λ/2傳輸線諧振器。波導(dǎo)諧振波數(shù)諧振頻率：m，n，l為場(chǎng)x，y，z方向的半波數(shù)。當(dāng)b<a<l時(shí)TE波諧振的主模是TE101模6.3.2 TE10l模式的Q值模式場(chǎng)分布儲(chǔ)能電能 磁能 ＝P92-93結(jié)論：與RLC振蕩器一樣，在諧振時(shí)We＝Wm。損耗：Pl＝Pc＋Pd導(dǎo)體損耗Pc有耗導(dǎo)體無耗介質(zhì)的Q值：介質(zhì)損耗Pd有耗介質(zhì)無耗導(dǎo)體的Q值：總的Q值6.4 圓波導(dǎo)腔結(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(chǎng)量導(dǎo)出式，直接應(yīng)用邊界條件分析諧振頻率對(duì)于TE波對(duì)于TM波回顧：利用邊界條件z＝0處邊界條件z＝d處邊界條件A＋＝－A－TE波諧振頻率：TM波諧振頻率：模式圖：用于圓柱諧振腔設(shè)計(jì)6.4.2 Q值（略）較低模式中Q值最高的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）：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：臨界耦合外界Q定義耦合系數(shù)g：對(duì)串聯(lián)和并聯(lián)電路都適用串聯(lián)諧振電路輸入阻抗Smith圓圖6.6.2 縫隙耦合微帶諧振腔等效電路縫隙電容λ/2型開路微帶諧振器輸入阻抗：諧振：z＝0（串聯(lián)）超越方程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)bc<<1時(shí)，諧振頻率使得βl－>πω1為耦合時(shí)的諧振頻率泰勒級(jí)數(shù)展開該式由為無耗導(dǎo)出式有耗諧振腔注：由于耦合電容的倒相作用，電容耦合的λ/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(duì)于臨界耦合：耦合系數(shù)： 1、求近似諧振