电磁谐振腔

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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。

电磁谐振腔的原理：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。

谐振腔是产生电磁波的主要元件，最常见的就是真空谐振腔；真空谐振腔虽然最为常见，实际运用也最广；但是，谐振腔产生电磁波的频率受其自身大小的影响。电磁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。谐振腔的损耗包括内部损耗和外部损耗，前者为腔壁导体的损耗和腔内介质的损耗；后者取决于通过耦合孔反映的外电路负载情况。

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。同轴腔：由一段同轴线构成，常用作波长计和振荡回路，腔内的最低模式是TEM模。重入式同轴腔：又名凹形腔，其外形与电容加载式同轴腔相似，所不同的是后者的高度L、半径ρ1、ρ2 都与工作波长λ0属同一数量级;而前者的ρ1 和ρ2 均远小于λ0。从电磁场分布的观点看,电场主要集中在图中的B区,可等效为一个电容，而磁场主要集中在A区,可等效为一个电感。因此，这种谐振腔可等效为并联谐振电路。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。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。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。