电磁谐振腔的作用

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　　电磁谐振腔的作用

　　电磁谐振腔用于微波波段的谐振电路，通常是在波导的两端用导电板短路而构成的封闭腔体。电磁场被限制在腔内，没有辐射损耗，谐振腔的品质因数 Q值较高。随着谐振频率的提高，要求腔体的尺寸减小,致使损耗加大、Q值下降，所以在毫米波、亚毫米波还采用开放腔。

　　在理想的无耗谐振腔内，任何电磁扰动一旦发生就永不停歇。当扰动频率恰使腔内的平均电能和平均磁能相等时便发生谐振，这个频率称为谐振频率。腔内的电磁场可根据谐振腔的边界条件求解麦克斯韦方程组而得出，它是一组具有一定正交性的电磁场模式的叠加。

　　按波导两端被短路的观点，腔内的电磁场也可认为是波在腔壁上来回反射而形成的驻波场。当腔长等于某种模式的1/2波导波长整数倍时,该模式发生谐振，称为谐振模。谐振腔与外电路的能量耦合方式有：环耦合、探针耦合和孔耦合。

　　谐振腔的主要参数是谐振频率f和品质因数Q。谐振频率决定于腔的形状、尺寸和工作模式。

　　常用的电磁谐振腔有同轴腔、重入式同轴腔、矩形波导腔、圆柱形波导腔、微带腔、介质腔和开放腔等类型。

　　电磁谐振腔圆柱形波导腔

　　在圆波导两端用导电壁短路而构成。在圆柱形波导腔中,与圆波导主模TE11相应的最低谐振模式是TE111。由于圆波导中TE01模的损耗小,相应的谐振腔模式为TE011，它没有纵向电流，管壁损耗小,其Q值可比TE111模高2――3倍，是圆柱形谐振波长计的工作腔中最有用的模式，但它不是最低模,而且与TM111模简并,须特别注意耦合结构的设计。林为干在1950年发现圆柱形波导腔中至少存在五个简并模，此外，还发现了球形腔中的简并模。

　　电磁谐振腔介质腔

　　由低耗高介电常数的介质构成。利用电磁波在介质分界面上的全反射现象，使能量限制在介质内而不向外辐射。这种腔的Q值可高达10000。介质腔的外形可以做成角柱形、圆柱形和球形等。

　　电磁谐振腔开放式谐振腔

　　由两块线度远大于工作波长的金属板对置而成，金属板的形状可以是平面镜、球面镜或抛物面镜,通过端板上的小孔与波导耦合。这种腔的Q值可高达数万。

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