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第四章 微波谐振腔

§4.1 概 述

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    谐振腔是在微波频率下工作的谐振元件,它是一个任意形状的由导电壁(或导磁壁)包围的,并能在其中形成电

磁振荡的介质区域,它具有储存电磁能及选择一定频率信号的特性。和低频LC振荡回路相似,它在微波技术中有广泛

的应用。如在各种微波振荡器中用它作为能量交换和选频元件,在微波倍频和放大器中用作选频元件,微波谐振腔还

可直接构成微波波长计,微波滤波器用于微波测量和微波通讯中。高Q谐振腔在雷达设备中用作回波箱,用以检测雷达

发射和接收系统的性能等。

一、谐振腔中振荡的物理过程

    随着工作频率的升高,如同用分布参数取代集中参数电路一样,集中参数的LC谐振回路,由于辐射损耗,导体及

介质损耗随频率的升高而增加,而L,C的数值却随之减少,以致难于保证其选频的特性。到了微波波段,它势必为谐振腔取代。在LC谐振回路中,电能储存在电容器中,磁能储存在电感中,由于电容上电压及电感中的电流随时间变化有的相位差,因此,谐振的过程就是电磁能在L,C中互相转换的过程。当为最大时,为零,反之,当最大时,为零。

二、谐振腔的分类和分析方法

     随着微波技术的发展和应用的广泛,微波谐振腔的形式也多种多样,结构各异,通常按其构成原理分二大类。

一类是传输线型,谐振腔由一段规则传输线构成,如圆柱形腔、矩形腔、同轴线腔、介质腔及微带腔等等。这一类腔

的分析方法,或采用电磁场理论求解边值问题的方法,或利用规则波导传输线中已经求得的相应波导的电磁场分布(

不同的波型),再加上其两端的边界条件,求出谐振腔的基本参数和场结构。另一类是非传输线型谐振腔,如反射速

调管中的重入式腔(或称环形腔),磁控管振荡器中的多瓣腔等。这类谐振腔通常是利用等效电路的方法,将腔体的

各部分分别等效为集中参数元件或传输线段,然后再按低频电路或微带传输线计算等效电容的方法求出腔的基本参

数。
    本章主要讨论传输线型的具有简单形状的谐振腔,其它型式的腔只作简单介绍。然后,将介绍一种微扰法应用于

谐振腔,以呀研究腔体的微少变形对谐振频率的影响,它不仅对加深谐振腔的理解有帮助,而且在谐振腔的设计和调

试中也有实际的应用。最后,对腔的激励和耦合作简要的介绍。

 

 
 
 

§ 4.2微波谐振腔的基本参数

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     LC谐振回路的基本参数是电感L,电容C和电阻R(或电导G)。为便于测量和分析,通常采用谐振频率(或谐振波长)、品质因数及等效电导作为它的基本参数。

下面分别从场及能量的观点对它们进行讨论。

一、谐振频率(或谐振波长)

    谐振频率描述电磁能量在谐振腔中的运动规律。它是指在谐振腔中激起的电磁振荡的工作频率(或工作波长)。

求解谐振频率的方法如下:

(1)场的方法--它是普遍的方法,是从求解谐振腔的电磁场边值问题入手,导出谐振频率或波长。从电磁场理论可知

,在自由空间中,电磁场满足的波动方程及边界条件为

      (4.2-1)

式中,为谐振腔中介质参数,是由腔壁导体指向外的法向单位矢量,k是与谐振腔的几何形状、尺寸及波型有关的数值。在谐振腔内满足式(4.2-1)的电磁场对应于一系列的确定的

值(称为本征值)。即

      (4.2-2)

求出了本征值后,谐振腔的谐振频率即可由式(4.2-2)求出。在微波谐振腔中也存在着具有相同谐振频率而场结

构不同的电磁振荡,一般称为简并振荡,这是不希望出现的。
对于两端由良导体封闭的空气填充的规则波导传输线构成的谐振腔,产生振荡的条件是腔内形成稳定的驻波,这时,腔两端壁间的距离l应等于驻波波节间距的整数倍

,即

上式表明,在一定的腔体尺寸下,只有那些在腔中满足一定驻波分布的电磁振荡才能存在,而它们的波导波长l由腔的截

面形状和尺寸所决定,即

该电磁振荡所对应的波长称为谐振波长。对于非色散波(TEM波),因为,故有

      (4.2-3)

对于色散波(如TE,TM波),因为

故有

      (4.2-4)

相应的谐振频率可由的关系求出。

(2) 等效电路法

对于几何形状较复杂的谐振腔,常采用等效电路法求谐振频率。等效电路法又可分为相位法和电纳法两种。

相位法---对于用一段传输线且其两端分别接有等效负载,构成的谐振腔,可用相为法求谐振频率.其等效电路图

如图(4-1)所示.
设谐振腔中某截面A-A处的场为,式中,为初相位.该波在传输线内运行并经两端反射后回到A-A处的场为

的相位差为(同相位)时,两波叠加.因此振荡条件为

对非色散波,

对色散波,,为波导波长.
电纳法--所谓电纳法,是将谐振腔等效为集中参数LC回路,由LC谐振回路的特性,可知在谐振频率条件下,其总电纳为零。

由上式便可求出谐振频率

二、品质因数Q

品质因数是描述谐振系统频率选择性的优劣及电磁能量损耗程度的一个物理量.它定义为

      (4.2-5)

其中为腔的平均损耗功率.腔内储能是电能和磁能之和,当磁能最大时,电能为零,反之亦然。因此,储能W可表示

      (4.2-6)

式中V为腔的体积,为腔所填介质的介质常数.当只考虑导体损耗时,腔的平均损耗功率为

      (4.2-7)

式中S为腔内表面的面积,为腔的表面电流密度,而是表面电阻率,为腔内表面的切向磁场.
因为和趋肤深度,对非磁性材料,这样,式(4.2-5)化为

      (4.2-8)

如果腔中充满介质(如介质腔),则除导体损耗外还存在介质损耗,设介质的电导率为,则腔内的介质损耗功率

      (4.2-9)

因此,若仅考虑介质损耗时,腔的品质因素为:

      (4.2-10)

式中,为介质损耗角正切,是表征介质材料损耗程度的一个参量,它等于传导电流与位移电流的比值.
当腔体中同时存在导体和介质损耗时,腔的值:

      (4.2-11)

若腔内的能量不仅消耗在腔内,而且也有一部分能量耦合出来,消耗在负载上.这时

式中是谐振腔内部的损耗(如导体、介质损耗),是从腔内通过某种方式耦合到外界(负载)的功率。
有负载时的品质因素称为有载品质因素,它可表示为

(4.2-12)
(4.2-13)

式中,为谐振腔固有品质因素.称外界品质因素.为了描述谐振腔与外界耦合的强弱,工程上常常使用耦合系数定义:

(4.2-14)

时称欠耦合(或弱耦合);时称过耦合(或强耦合);则称临界耦合.将式(4.2-14)代入式(4.2-

13),可得

      (4.2-15)

三、等效电导

谐振腔的等效电导是腔中有功损耗的量度。它将谐振腔等效为集总参数谐振回路而得到的一个参数。

如图(4-2)所示,把谐振腔等效为并联谐振回路.设加于谐振回路上的电压幅值,则谐振回路的损耗功率为:

故等效电导

      (4.2-16)

式中Pl可按式(4.2-7)及式(4.2-9)计算;与波导传输线一样,谐振腔中的"电压"计算与积分路径有关,即电压不是单值

的等效电路也是不确定的.若设法选定了A,B两点间积分路径,则此两点间的等效电压为

将式(4.2-7)及上式代入(4.2-16),可求得的表达式为:

      (4.2-17)

综上所述,只要求得谐振腔的基本参数,就可求得等效电路的有关参数,反之亦然.此外,还应指出,对同一谐振腔,当振荡模式不同时,的数值也不同.


 
 

§ 4.3 矩形谐振腔

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    矩形谐振腔是由一段两端用导体板封闭的矩形波导构成的.如图4-3所示.它的腔体尺寸为.下面讨论矩形

谐振腔的特性.

一、电磁场分量及振荡模式

    矩形腔中电磁振荡可看成是波导中的波在两端壁来回反射形成稳定的驻波。因此求解腔中场结构,可利用矩形波

导中电磁场表达式再加上两端壁的边界条件求出。显然,在矩形腔中也应有TE和TM两种振荡模式。

1.TE型振荡模式

对于TE型波,.考虑无损耗情况(传输常数),的表达式应考虑沿+z和-z两个方向传输波的叠加.据此,可写成:

      (4.3-1)

该合成波的场应满足两端壁导体边界条件:

时,      (4.3-2a)

时,       (4.3-2b)

由边界条件(4.3-2a)可得:

      (4.3-3)

由边界条件(4.3-2a)式,可得:

故有

       (4.3-4)

将式(4.3-3)及(4.3-4)代入(4.3-1)式,可得:

      (4.3-5)

参照矩形波导场表示式,可得TE振荡模的场分量表示式为:

      (4.3-6)

式中

      (4.3-7)

对于不同的m,n,p值,它们有不同的场结构,分别对应于不同的振荡模式,记作模.

2.TM型振荡模式

对于TM,;用完全一样的方法,可求出振荡模场分量表示式为:

      (4.3-8)

    从上面的表示式可知,矩形谐振腔中可以存在无穷多个振荡模式模,其中对模,m,n中只能有一个为零,但p不能为零,对,m,n都不能为零,但p可以为零.下标m,n,p为整数,分别表示沿x,y,z方向变化的驻波

数目

二、矩形谐振腔的基本参数

1.谐振波长
由于矩形波导的截止波长

代入式(4.2-4),可得矩形谐振腔的谐振波长为

      (4.3-9)

通常,最低振荡模式称为基模,当时,其振荡频率最低,其它模式干扰最小,调谐范围最宽,场结构也比较简单稳定.令,由(4.3-6)式,可得模场分量:

      (4.3-10)

根据(4.3-10)式,可画出模的场结构如图(4-4)所示

的谐振波长

      (4.3-11)

2.固有品质因素
将有关模式的场分量代入(4.2-8)式,便可求出值,现以振荡模为例进行具体计算.可得

      (4.3-13)

将(4.3-12)式及(4.3-13)使代入(4.3-8)式,可得

      (4.3-14)

对于立方腔,,由式(4.3-9)得,式(4.3-14)可简化为

      (4.3-15)

在实际的应用中,由于制作腔体的导体材料不同,常采用“波形因素”来表征谐振腔的性质,它定义为,对于

振荡模,不难算出

      (4.3-16)

3.等效电导

如前所述,等效电导与等效电压的积分路径有关,对于模的等效电导可按(4.2-7)式计算.如选择腔的顶壁的中心(即)两点作为电压的计算点,并取y轴方向为积分路径,可求得:

      (4.3-17)

式中是腔介质的波阻抗,将式(4.3-13)及式(4.3-17)代入(4.2-17)式,可得

      (4.3-18)

 

 

§ 4.4 圆柱形谐振腔

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     圆柱形谐振腔是由一段圆形波导两端用导体板封闭构成的,如图4-5所示。它的半径为a,长度为l。它的计算方

法和矩形腔相似,可以利用圆形波导中
的结果。

一、振荡模式和谐振波长
   
圆柱形腔的振荡模式,相应于圆波导中TE和T M波型.像矩形腔一样,圆柱腔中同样存在两类振荡

漠式.其电磁场分量分别为:

模:

      (4.4-1)

式中m=0,1,2,...;n=1,2,3,...;p=1,2,3,...

模:

      (4.4-2)

式中m=0,1,2,...;n=1,2,3,...;p=1,2,3,...
根据谐振波长和频率的计算式(4.2-4),因为TE波的截止波长,TM波的,不难求出圆柱腔的谐振波

长和频率为:

模:

      (4.4-3)

模:

      (4.4-4)

二、圆柱形腔的三种实用的振荡模

    在圆柱形谐振腔的各种模式中,三种模式最有实用价值。下面对它们分别进行讨论。

1.

由(4.4-2),令m=0,n=1,p=0,便可得到TM010模的场分量表示式:

      (4.4-5)

式中,腔壁上电流分布由求出.其场结构及电流分布如图4-6所示.

模的谐振波长,由(4.4-4)式可得

      (4.4-6)

模的品质因素的计算,由矩形腔计算Q0的方法,由(4.2-8)式,可求得

       (4.4-7)

2.
因为圆形波导中的型波具有低损耗的特点,因此,圆柱形谐振腔中的模也具有低损耗、高Q值的特性.
由(4.4-1)式,令m=0,n=1,p=1,便可得到模的场量表示式:

      (4.4-8)

的场结构及腔壁电流分布如图4-7所示.

模的谐振波长为

      (4.4-9)

模的值,可由(4.2-8)式计算求得

      (4.4-10)

当p>1时,的表示式为:

      (4.4-11)

3.
模的场分量,可从模中令m=1,n=1,p=1代入(4.4-1)式求得,它除外其余五个分量均不为零。

TE111模的谐振波长为

      (4.4-12)

因为,是圆形波导中最大的截止波长;而p=1是中p的最小取值,所以,模是各种

中最低的振荡模.模和模的谐振波长相比较,哪个更长呢?应该比较(4.4-6)式和(4.4-12)式.当

      (4.4-13)

解得:时,模比模有更长的谐振波长,或者说,在此条件下,模是圆柱形腔中的主模.反之

,当时,模是圆柱腔中的主模.

 

 
 

§ 4.5 其它形式的谐振腔

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    在这一节里,我们将介绍以色散波(即TEM波或准TEM波)为主的常用的微波谐振器,如同轴线谐振腔,微带谐振器及

重入式谐振腔等.这一类谐振腔,由于工
作于TEM波或准TEM波,均有工作频带宽,振荡模式简单和场结构稳定等优点.

此它们均有较广泛的应用.

一、同轴线谐振

同轴线谐振腔通常有同轴腔,同轴腔及电容加载同轴腔三种形式。下面分别加以讨论。

1.同轴腔

同轴腔是由一段两端短路的同轴线构成,其结构如图4-9所示.为满足两端为驻波的电压节点的边界条件,在谐振状态下,其腔长l应是的整数倍.

所以,它的谐振波长为

      (4.5-1)

同轴腔的值,可由(4.2-6)式计算.同轴腔中工作于TEM模式时,其电磁场分量为:

      (4.5-2)

其场结构也示于图4-9中,取n=1,,以式(4.5-2)代入(4.2-6),注意到计算腔肿功率损耗时,包含有内外导体表面的导体损耗和两端路端壁的导体损耗.和矩形腔的计算相似,可得同轴腔的值为:

      (4.5-3)

2.同轴腔

同轴腔由一端短路,另一端开路的同轴线段构成,如图4-10所示,开路端的实现应用了圆波导中过极限波导的概念

,即工作频段内,选取外导体的内直径以保证传输的电磁波处于截止状态下.根据两端边界条件,短路端电压反射的相移为,开路端的相移为,由(4.2-5)式得

代入上式可得

      (4.5-4)

即在谐振时,腔长l应是的奇数倍.同轴腔的值和同轴腔的差别是少了一个端面的导体损耗,其值为

      (4.5-5)

同轴腔内外导体直径的选择原则,是在保证腔能工作于TEM波而不出现高次模,及腔有较高的值外,.还要考虑

开路端的圆波导应处于截止状态.为此要求D和d应同时满足如下条件:

      (4.5-6)

不等式的第三个条件,是由于模是圆波导的最低次模,其截止波长

因此,同轴腔的最短工作波长为.

3.电容加载同轴腔

电容加载同轴腔是为适应分米波的工作而总体结构又不太长而提出来的.其结构及等效电路如图4-11所示.其一端短路

,另一端的内导体与封闭的外导体间有一空隙距离h,间隙部分看作一集中电容,便得到图4-11(b)的等效电路.用电纳法

分析这个等效电路,从AA'面向左看,是一段长为l的终端短路同轴线,从AA'向右看是一集中电容C,谐振是总电纳为零

,即

      (4.5-7)

集中电容C由两部分组成,一部分可看成是内导体(圆截面)与端壁构成的平板电容,其间距为h,即

另一部分是内导体侧面与端壁构成的边缘电容,若设边缘电力线为1/4圆弧,则有:

因此

      (4.5-8)

式(4.5-7)是一个超越方程,它的求解可编程用计算机进行数值解法,或用图解法.

二、微带谐振器
   
上面讨论的各种型式的微波谐振腔,几乎都是由导体包围的有谐振特性的腔体,因此称为谐振腔。由微带构成的

具有谐振特性的元件,总有一部分未被导体包围,未能构成腔体,所以称为微带谐振器。微带谐振器有微带线段谐振

器、微带环形谐振器和微带盘形谐振器等形式。

1.微带线谐振器

微带是一种准TEM波传输线,因此和同轴线谐振腔相类似,一段两端短路或开路的微带线段可构成谐振器;一段

一端短路另一端开路的微带段可构成谐振器。它的谐振条件为:

      (4.5-10)

式中l是微带导体条的长度,为微带内波长,为有效介电常数.

由式(4.5-10)可见,开路微带边缘电容的存在,是使微带谐振器的实际长度缩短,而l的数值,用微带传输线中计算边缘

电容的方法求出.其近似计算公式如下:

      (4.5-11)

式中W和h分别导体带宽度和介质层厚度.当时,上式的误差不大于4%.类似地,微带谐振

器的谐振条件为

      (4.5-12)

2.环形微带谐振器

环形微带谐振器是将微带线的导体条做成闭合圆环构成的,b为外环半径,a为内环半径,W=b-a为导体条宽度.当微带环

的平均周长等于带内波长的整数倍时,电磁波便能在带内形成稳定的行波振荡.因此,谐振条件为

      (4.5-13)

式中,为真空中谐振波长.为了避免高次模的出现,应选择环线的宽度满足如下关系式:

      (4.5-14)

三、重入式谐振腔

    由于微波谐振腔具有很高的品质因数和良好的电磁屏蔽性,已广泛应用于超高频电子器件和固体器件中,如反射

速调管、磁控管体效应及雪崩二极管等。在超高频电子器件中,为了提高电子束与腔内电磁场相互作用的效率,研制

了各种特殊形状的谐振腔,重入式谐振腔就是其中一种。
重入式谐振腔,按其形状又称为环形腔。

    为简单起见,我们只讨论具有矩形截面的谐振腔特性.腔中最低振荡模式的电场基本上集中间隙部分.而磁场基本

集中与环形部分,因此可用准静态法计算腔的谐振频率.为此,可把它们等效为集中电容和集中电感.集中电感按恒定磁

场计算

      (4.5-15)

集中电容的计算,和电容加载同轴腔相似,看成是平板电容和边缘电容之和,即

      (4.5-16a)
      (4.5-16b)

于是,重入式腔的谐振频率由确定,将(4.5-15)及式(4.5-16)代入,可得

      (4.5-17a)

      (4.5-17b)

 

 
 

§4.6 微波谐振腔的微扰理论

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    当谐振腔的腔壁或腔内填充的介质有微小变化时,谐振腔的基本参量为等也有相应的微小变化。如果这

种变化对场分布及原有的参数影响很小,就称为“微扰”。对于这一问题的求解,一般是根据微扰前的已知解来近似

地求出微扰后的解,而不必在新的条件下求解波动方程,这种求解方法称为“微扰法”。本节主要讨论腔壁及介质微

扰对谐振腔谐振频率的影响,或者说,是讨论微扰前后腔内电磁能量的变化与谐振频率变化之间的关系。

一、谐振腔微扰公式的推导
   
有一谐振腔,其体积为V,内填充空气,设未受微扰前场强为,谐振角频率为现有一微扰介质插入腔内,介质体积为,其特性用表示。微扰后的场强为,谐振角频率为。显然,微扰前后的场均应

满足麦氏方程,即对于微扰前的腔,其电磁场方程为:

      (4.6-1)

而微扰后的腔有

(在外)

(在内)      (4.6-2)

(在外)

(在内)      (4.6-3)

点乘(4.6-2)式,可得

(在外)      (4.6-4)

(在内)

点乘(4.6-3)式,可得

(在外)      (4.6-5)

(在内)

同理,用点乘,用点乘,将对体

积V积分,可得:

      (4.6-6)

(4.6-6)式化简为

      (4.6-8)

式(4.6-8)就是谐振腔微扰理论的基本公式.下面再分别对介质微扰及腔壁微扰作进一步的讨论.

二、介质微扰

设放入空腔内微扰介质的体积很小,以致它对以外区域的场的影响可忽略不计。换句话说,近似地可以认为

以外的区域,微扰前后的场相等。即

(在之外)

在近似条件下,(4.6-8)式右边分母可化简等于4W,W是谐振腔的全部储能,于是(4.6-8)式简化为

      (4.6-10)

通常,如果微扰的介质是电介质,则应置于腔内电场最强的地方,在该处磁场最弱,因而磁场可忽略不计(即在内,),如果微扰介质是磁性材料(磁介质),则应置于腔内磁场最强的地方,在该处电场可忽略不计(即在内,有
)


三、腔壁微扰

    假设在谐振腔腔壁处放入一体积很小介电常数为、导磁系数的介质样品,那么它将如何影响

谐振频率呢?根据电磁场的边界条件,我们知道,在空腔壁上(良导体)电场只有法向分量,而磁场只有切向分量,因此,电磁场通过微扰介质时,法向电通量密度应该连续,即,或,而按切向磁场强度连续的条件,有,代入式(4.6-10),可得

      (4.6-16)

如果微扰的体积不是介质的体积,而是腔壁向里凹进一个小体积(例如可用一个小铜棒从腔壁插入),则由于腔壁一般是良导体,在内,有,于是,由(4.6-16)式可得

      (4.6-17)

这就是谐振腔的腔壁微扰公式.
   
    值得提起注意的是,上述积分的微扰体积,是使谐振腔的固有体积减小,如果腔壁的微扰是向外(即微扰的

结果是使腔的体积略有增加),则应冠以负号,因此,如果在谐振腔内电场占优势的区域,将腔壁内推一小体积

,谐振频率将降低,反之,若在同一地方将腔壁向外“拉出”一小体积,则谐振频率将提高。同样地,若在磁场

占优势的区域,将内推一小体积,谐振频率将升高,反之,将腔壁外推时,谐振频率将降低。如果腔壁形变引起

的电能和磁能的变化良相同,则谐振频率将维持不变。

 

 
 

§ 4.7 谐振腔的激励和耦合

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    微波谐振腔必须与外电路相连接作为微波系统的一个部件才能工作,即它必须由外电路引进微波信号在腔中激励起

所需模式的电磁振荡;腔中的振荡必
须通过电磁耦合才能将腔内的部分能量输送到外界负载上去.由于微波元件大多数

都具有互逆性,谐振腔的激励和耦合结构及工作特性是完全一样的,即
一个元件用作激励或耦合时其特性相同.两者的差

别只是波的传播方向相反
而已.
   
    对谐振腔的激励(或耦合)元件的基本要求,是它必须保证能在腔中吉利起所
需的振荡模式,而又能避免其他干扰模

式的产生.谐振腔中某一振荡模式的建立,是通过激励元件首先在腔中某一局部区域激励起与所需模式相一致的电场或

磁场分量,然后在由这一电场或磁场在整个腔中激励起所需的振荡.根据激励方式的不同;一般分为电耦合、磁耦合、绕

射耦合和电子耦合四种。下面分别对它们作简单的定性的介绍。

一、电耦合(探针耦合)

    它是利用插入谐振腔壁孔的一个探针来实现的,即通过电场的作用来实现耦合,因此称为电耦合。为激励起腔中

所需的振荡模式,要求探针轴线方向和
腔中所需要模式在该处的电力线方向一致。探针耦合常用于同轴传输线与谐振

腔的耦合。这时探针即由同轴线内导体延
伸至腔内所构成。

二、磁耦合

    磁耦合是利用通过谐振腔壁的小孔而引入的耦合环实现的,因此也称为环耦合。耦合环是通过磁场耦合以激励腔

中所需的振荡模式,因此耦合环平面的
法线,应与腔中磁力线平行,或者说,腔中振荡模式的磁力线应穿过耦合环

才能实现所需的模式。
   
    耦合环也常用用于同轴线与谐振腔的耦合,它由同轴的内导体在腔中延伸并
弯曲成环状,且的末端与腔壁要有良

好的接触,以保证高频电流有闭合回路。

三、绕射耦合(小孔耦合)

    波导与谐振腔的耦合通常是采用小孔耦合方式,它是利用谐振腔与波导的公共壁上开小孔或槽孔来实现的,谷又

称小孔耦合。耦合孔位置的选择,应使
孔所在处腔中所需模式的电力线或磁力线(或者两者兼而有之)与波导中传

波型在该处的同类力线相一致。因为这种耦合是利用电磁波的绕射特性来
实现的,所以称为绕射耦合。

    采用孔耦合时,耦合的强弱和耦合孔的大小、形状及孔的位置有关。而孔的
形状通常有小圆孔、椭圆孔等。

四、电子耦合

    在微波电子管中,谐振腔中的电磁振荡是由管内的电子束激励的,称为电子耦合。在这种情况下,电子束先由直

流高压加速,随后让它通过谐振腔中电
场集中的间隙,使它在腔壁上产生高频感应电流并在腔中激发高频场,当高

场的相位能保证电子束通过间隙时为减束场,则电子束就把部分动能交给
腔中的高频场,从而使腔中的振荡增强,如

此不断地交换,便在腔中激励起
稳定的电磁振荡,从而实现了由直流电能向高频能量的转换。

五、利用耦合装置避免干扰模的产生

    前已指出,在谐振腔的设计中应尽量避免高次模的影响,这对腔体尺寸的选择应尽量使高次模不出现外,还应合

理设计耦合装置,使干扰模不被激励或
不被耦合输出到负载中。解决的方法是:

    1.选择耦合元件的位置,使所需激励或耦合输出的模式的力线与干扰模式的力线方向不同,从而使干扰模式不能被

激励或耦合,或者对干扰模来说,是很弱的耦合.
   
    2.选择耦合元件的位置
,以使该处是腔内所需模式的场强为最大,而干扰模式的场强为最小.


 
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