第二章+谐振器

第二章谐振器2.1引言2.2谐振器参数2.3腔体谐振器2.4平面微带谐振结构2.5介质谐振器2.6谐振器的测量2.1引言

微波谐振器由各种形式的传输线来实现普通的谐振器：一个被金属壁包围的有界电磁场构成，等效集中参数电感和电容由相应的电场和磁场储能确定

2.2谐振器参数品质因数Q定义：在谐振频率下，平均储能与一个周期内平均耗能之比与谐振频率的乘积。1）、有载品质因数定义：当功率损耗为外接负载上的功率损耗和谐振器本身的功率损耗总和时，得到的品质因数。有载品质因数可以变换为串联谐振电路的三种品质因数外品质因数：品质因数：电场和磁场的平均储能相等。由得到储能为外部功率损耗为：得到固有品质因数：有载品质因数：例已知求：有载品质因数，固有品质因数和外品质因数；信号源输出功率；谐振状态下负载吸收的功率；谐振频率附近±20％频带内的插入损耗。解：谐振频率外品质因数：固有品质因数：有载品质因数：信号源的最大资用功率谐振状态下负载得到的功率：耦合

为谐振腔提供耦合能量输入输出的方式2.3腔体谐振器由理想导体制成的屏蔽罩或腔体构成的谐振器可将能量束缚在一定的空间，降低辐射损耗同轴谐振器谐振频率

Q值(d为趋肤深度)

同轴线可能出现更高的谐振模式，最低的高次模为

凹状同轴腔体谐振器

电容加载式的谐振频率

凹形腔的Q值

径向式的谐振频率矩形波导谐振器可传输无穷多个谐振模，波的传播模式不同，场的分布也不同谐振波数截止波数主模Q值谐振频率圆波导谐振器通常用在测量频率的波长计中，Q值高，精度高谐振波数TE模Q值TM模Q值2.4平面微带谐振结构广泛应用于微波集成电路的各种部件中矩形微带谐振结构可视为终端开路的传输线边缘电容可用两端各自外延的一段长度△l模拟补充：四分之一波长谐振器，二分之一波长谐振器注：四分之一与二分之一波长谐振器四分之一波长终端开路线等效于串联谐振器二分之一波长终端短路线等效于串联谐振器四分之一波长终端短路线等效于并联谐振器二分之一波长终端开路线等效于并联谐振器圆盘微带谐振器厚度h远小于自由空间波长时，可用带磁壁的圆柱腔模拟谐振频率有效半径圆环微带谐振器谐振频率三角形微带谐振器广泛应用的形状是等边三角形，120o的对称特性适宜于用作环形器的连接设计谐振波数m,n,p需满足主模由下列各组整数值之一实现高Q谐振器微带槽线：减小边缘场效应；在特定阻抗下，宽度大于微带线，这两点都使微带槽线有更低的损耗高Q谐振器将介质上的中心导体悬置或形成一个空气桥中心导体，形成的共面波导有高的特性阻抗和低的有效介电常数高Q谐振器任何形式的低介质损耗和低导体损耗传输线都可制作谐振器低损耗微带线可通过在导体和砷化镓基板间涂一层低介电常数的聚酰亚胺实现，有效介电常数较低，辐射损耗随之降低可调谐振器可调元件应用共面线和共面波导可实现固态器件可调谐振器实际应用中，反偏隧道二极管易于采用，因为它可实现小的漏电流和很小电阻，可实现高Q值可调谐振器线性可调谐振器例：变容管制作的谐振器及其等效电路微带开路端视为等效的电导和电纳附加电纳的存在会导致谐振频率减小可调谐振器环形谐振器谐振频率需通过电路仿真计算可调谐振器有源谐振器图a中，用有源器件周围的反馈网络实现有源电感；图b中，用串联的R、L、C，从端口1看进去，输入阻抗是感性的调节偏置电平，可实现特定频段的低阻抗和高电感值2.5介质谐振器由低损耗、高介电常数、温度稳定性好、形状规则、高Q值陶瓷材料制成体积小，介电常数高，能量集中，要求有一定的屏蔽介质谐振器材料主要的性能参数为：介电常数，Q值，温度系数在晶体管振荡器中，可实现有效的温度补偿谐振频率1孤立的介质谐振器2MIC中的介质谐振器与各种结构和材料参数有关a为半径介质谐振器MIC中介质谐振器与电路的耦合耦合的强弱通过微带与介质的侧距确定阻抗等效电路无载Q值与谐振频率Lm为磁耦合系数介质谐振器寄生模D/H为2~2.5时，寄生模与主模频率相差相对较大频率调谐2.6谐振器的测量单端口谐振器以集中参数并联谐振为例输入阻抗为输入阻抗是频率的线性函数，它在史密斯圆图上的轨迹是圆为频率失谐参数耦合系数ß单端口谐振器耦合系数ß可通过测量谐振时的反射系数S110确定

欠耦合过耦合临界耦合（过原点）的系数ß为1单端口谐振器品质因数Q的测量

阻抗轨迹上实部与虚部相等的点f1和f2称为半功率点2*1*图中G=B为Qu的阻抗轨迹单端口谐振器有载及外部Q值两端口谐振