微波谐振腔特性参数的计算和仿真
微波谐振腔本征模求解的算法及应用
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微波谐振腔中场强计算公式
微波谐振腔中场强计算公式摘要：一、微波谐振腔简介1.微波谐振腔定义2.微波谐振腔应用二、微波谐振腔中场强计算公式1.微波谐振腔中场强的定义2.微波谐振腔中场强计算公式3.公式中各参数的含义三、中场强计算公式的应用1.实际测量中的操作步骤2.公式在不同场景下的适用性四、中场强计算公式的优化与改进1.现有公式存在的问题2.改进方向与建议正文：微波谐振腔是微波技术中至关重要的组成部分，其性能直接影响到微波设备的性能。
微波谐振腔中的场强计算公式则是分析和优化谐振腔设计的关键工具。
一、微波谐振腔简介微波谐振腔是指一种能够在其中产生微波振荡的封闭空间。
它主要由腔体、输入/输出窗口、耦合器等组成。
微波谐振腔在许多领域有广泛应用，如通信、雷达、遥感等。
二、微波谐振腔中场强计算公式1.微波谐振腔中场强的定义微波谐振腔中的场强指的是微波电磁场在谐振腔内的分布情况。
场强的计算对于了解谐振腔的性能和优化设计具有重要意义。
2.微波谐振腔中场强计算公式微波谐振腔中场强的计算公式为：E = μ * (N * I) / L其中，E 代表场强，μ 代表谐振腔的磁导率，N 代表谐振腔内的电磁波数量，I 代表通过谐振腔的电流，L 代表谐振腔的长度。
3.公式中各参数的含义- μ：谐振腔的磁导率，反映谐振腔对磁场的响应程度。
- N：谐振腔内的电磁波数量，与输入功率有关。
- I：通过谐振腔的电流，与微波源的驱动电流有关。
- L：谐振腔的长度，影响谐振频率和场强分布。
三、中场强计算公式的应用1.实际测量中的操作步骤在实际测量中，首先需要搭建微波谐振腔测试系统，包括微波源、功率计、示波器等。
然后通过改变谐振腔的参数，如长度、宽度、耦合器等，测量不同条件下的场强。
最后，根据测量数据，利用中场强计算公式进行分析和优化。
2.公式在不同场景下的适用性微波谐振腔中场强计算公式适用于各种微波谐振腔的设计和分析，无论是封闭式还是开放式谐振腔，都可以通过该公式计算场强。
10用谐振腔微扰法测量微波介质特性5页word文档
微波实验二：用谐振腔微扰法测量微波介质特性一、微波基本知识一、电磁波的基本关系描写电磁场的基本方程是：ρ=⋅∆D ， 0=⋅∆Bt B E ∂∂-=⨯∆，tD j H ∂∂+=⨯∆ ⑴ 和E D ∂=， H B μ=， E j γ=。
⑵方程组⑴称为Maxwell 方程组，方程组⑵描述了介质的性质对场的影响。
对于空气和导体的界面，由上述关系可以得到边界条件(左侧均为空气中场量)0=t E ，on E εσ=， i H t = ，0=n H 。
方程组⑶表明，在导体附近电场必须垂直于导体表面，而磁场则应平行于导体表面。
二、矩形波导中波的传播在微波波段，随着工作频率的升高，导线的趋肤效应和辐射效应增大，使得普通的双导线不能完全传输微波能量，而必须改用微波传输线。
常用的微波传输线有平行双线、同轴线、带状线、微带线、金属波导管及介质波导等多种形式的传输线，本实验用的是矩形波导管，波导是指能够引导电磁波沿一定方向传输能量的传输线。
根据电磁场的普遍规律——Maxwell 方程组或由它导出的波动方程以及具体波导的边界条件，可以严格求解出只有两大类波能够在矩形波导中传播：①横电波又称为磁波，简写为TE 波或H 波，磁场可以有纵向和横向的分量，但电场只有横向分量。
②横磁波又称为电波，简写为TM 波或E 波，电场可以有纵向和横向的分量，但磁场只有横向分量。
在实际应用中，一般让波导中存在一种波型，而且只传输一种波型，我们实验用的TE 10波就是矩形波导中常用的一种波型。
1．TE 10型波在一个均匀、无限长和无耗的矩形波导中，从电磁场基本方程组⑴和⑵出发，可以解得沿z 方向传播的TE 10型波的各个场分量为)()sin(z t j x e a x a j H βωππβ-=， 0=y H ， )()cos(z t j z e ax a j H βωππβ-= 0=x E ， )(0)s i n (z t j y e a x a jE βωππωμ--=， 0=z E ， ⑷ 其中：ω为电磁波的角频率，f πω2=，f 是微波频率；a 为波导截面宽边的长度；β为微波沿传输方向的相位常数β=2π/λg ；λg 为波导波长，2)2(1a g λλλ-= 图2和式⑷均表明，TE 10波具有如下特点：①存在一个临界波长λ＝2α，只有波长λ<λC 的电磁波才能在波导管中传播。
实验三 利用谐振腔及微扰法测试介质参数试验
实验三利用谐振腔及微扰法测试介质参数试验一、预习要求1、什么是微波谐振腔？2、什么是微扰法？3、了解测试系统的基本组成二、实验目的1、认识谐振腔，理解耦合的原理和作用2、通过了解介质微扰的特性3、掌握介质参数测试原理三、实验原理本装置的基本形式是四分之一波长开路同轴传输线谐振腔（以后简称开路腔）。
通过加装短路块，可构成电容加载的同轴传输线谐振腔（以后简称加载腔）。
与标量网络分析仪配合，可做谐振腔各项参数的测量，也可用作介质参数测量的传感器。
`本装置由腔体、内导体、耦合元件及传动、读数机构组成。
通过耦合元件可在谐振腔中激励（或耦合）同轴传输线中的TEM模。
腔体机构图如图1，其内径为24mm、内导体直径为8mm、内导体自短路面伸入腔体最大长度42mm、调节范围25mm。
对开路腔而言，其谐振频率范围为1.8~4.3GHz。
腔体和内导体均为HPb—59黄铜制作。
表面涂复7μm银层。
特性阻抗65.8Ω。
本装置配备有耦合环和耦合探针各两件。
学生可根据兴趣组成不同耦合方式的反射型或传输型谐振腔。
通过螺旋测微器，可精确调节和显示内导体的位置，并可将其固定。
在开路腔、内导体开路端内外导体间，装入小尺寸的介质样品环。
读出加入样品前后，谐振频率和有载品质因数的变化。
根据微扰原理，可计算样品的介电常数实部ε'和损耗角正切tanδ。
端盖图1谐振腔结构示意图四、实验内容与步骤1、谐振腔的激励与耦合；谐振腔由其耦合方式不同可以分为反射型和传输型两种类型，分别介绍如下：1.1．反射型谐振腔：将耦合环和耦合探针插入谐振腔任一耦合孔中，将其与标量网络分析仪的定向器件（驻波比桥或定向耦合器）测试端相连。
扫描范围设定为1.8~4.3GHz，调节耦合环的插入深度、方向。
可在显示屏上观测到谐振腔反射的频率响应曲线（反射谐振曲线）。
继续调节耦合环的插入深度和方向，使在感兴趣的频率上接近匹配状态。
（反射损耗—dB数最大或驻波比最小）。
微波谐振腔的原理及设计
微波谐振腔的原理及设计微波谐振腔是一种用于产生或探测微波信号的装置，它是微波技术中非常重要的组成部分。
本文将从原理和设计两个方面介绍微波谐振腔。
一、原理微波谐振腔的原理基于谐振现象，即当微波信号的频率与腔体的固有频率相等时，能量在腔体内部得到最大的传输和储存。
谐振腔通常采用金属腔体，其内部光滑的金属壁面能够反射微波信号，使其在腔内来回传播，形成驻波。
当微波信号的波长等于腔体的长度的整数倍时，驻波达到最大值，这就是谐振现象。
微波谐振腔的固有频率取决于腔体的几何形状和尺寸，通常用谐振模式的编号来表示。
常见的谐振模式包括长方形腔、圆柱腔和球形腔等。
不同的谐振模式有不同的场分布和能量分布特性，可以根据具体需求选择合适的谐振模式。
二、设计微波谐振腔的设计是为了满足特定的工作频率和谐振模式。
设计时需要考虑以下几个因素：1. 腔体的几何形状和尺寸：腔体的形状和尺寸直接影响谐振腔的固有频率和谐振模式。
设计时需要根据工作频率和谐振模式选择合适的腔体形状和尺寸。
2. 材料的选择：腔体通常采用导电材料制作，如铜、铝等。
导电材料能够有效地反射微波信号，提高能量的传输效率。
3. 耦合装置：为了将微波信号引入或从腔体中提取出来，需要设计合适的耦合装置。
常用的耦合装置包括波导耦合和同轴耦合等。
4. 电磁屏蔽和泄漏控制：微波谐振腔中的微波信号很强，容易对周围环境产生干扰。
因此，设计时需要考虑电磁屏蔽和泄漏控制，以减小对周围设备和系统的干扰。
5. 调谐和调制：为了满足不同应用需求，有时需要对微波谐振腔进行调谐和调制。
常用的调谐和调制方法包括机械调谐、电子调谐和压控调制等。
微波谐振腔的设计需要综合考虑上述因素，以实现对微波信号的高效产生和探测。
设计合理的微波谐振腔可以提高微波系统的性能和稳定性，广泛应用于通信、雷达、卫星导航等领域。
总结起来，微波谐振腔是一种基于谐振现象的装置，通过选择合适的谐振模式和设计合理的腔体结构，可以实现对微波信号的高效产生和探测。
微波第三章 微波谐振腔
于是有：
§3.2 微波谐振器的主要参数
v H dv r W Q0 r r 2 1 1 2 P Rs H t ds 2 s
2 f r
2
H H
v s
2
dv ds
2
t
H H
v s
2
dv
2
t
ds
2
H H
v s
2
dv ds
所以当谐振腔的形状、几何尺寸和填充介质给定后，可以 有许多（无穷多个）模可以使之谐振。 多谐性。 对应着许多不同的谐振频率
§3.2 微波谐振器的主要参数
二. 品质因数
（一）固有品质因数 谐振器不与任何外电路相连接（空载）时的品质因数。 固有品质因数的定义为谐振时：
Q0 2 WT 腔体在一个周期中的损耗能量 W 腔体的总储能
0
根据边界条件①： z 0处， z z 0 0 H 0 H 0 0 H 0 H 0 H
H z H J m Kc r
0
cos m
e sin m
j z
e
j z
j 2H
m
0
J m Kcr
cos m sin m
H t 2 为一常数，用2A表示。
当工作模式一定的时候 H
§3.2 微波谐振器的主要参数
则
V V Q0 A Q0 S S
可见: ① Q0 ∝ V/S， 应选择谐振器形状使其V/S大;
V r3 S r2 , ② 因谐振器尺寸与工作波长成正比即 ,
故有 Q0 r
§3.2 微波谐振器的主要参数
微波谐振腔
2.LC谐振回路只有一个谐振频率，而微波谐振器一般有
无限多个谐振频率,另外，微波谐振器有不同的谐振模式 (即谐振波型) ；
3.微波谐振器可以集中较多的能量，且损耗较小，因此
它的品质因数远大于LC集中参数回路的品质因数。
第四章 微波谐振腔
0 TE011
为
1
1.614R
2
1 2l
2
第四章 微波谐振腔
(二) 模式图
对于圆柱腔TEmnp谐振模，有
f 0 D2
c mn
2
cp 2
2
D 2 l
对于圆柱腔TMmnp谐振模，有
f 0 D 2
cvmn
2
cp 2
2
D 2 l
若取不同的m、n和p值，将上面两
式画在横坐标为(D/l)2，纵坐标为
工作模式的调谐直线为对角线，由最大和最小的(f0D)2和相 对应(D/l)2所确定的区域。设计谐振腔时，对所选的工作模式
都可确定其相应的工作方框，方框的中心位置由固有品质因 数来确定。方框的高度由工作频带来确定，在工作方框中任 何非对角线模式，都是不需要的干扰模式。这些干扰模会影 响谐振腔正常工作。因此，选择工作方框时，应尽量避免干 扰模进入工作方框。
别表示场分量沿波导宽壁、窄壁和腔长度方向上分布的驻 波数。
2）单模谐振。矩形波导中可单模传输TE10,故矩形腔只可 能单模谐振TE10q中之一种。
第四章 微波谐振腔
单模传输TE10条件
a 0
2a
1 a
2
0
2 a
TE10q模的谐振条件
4
1 q2
微波烧结硬质合金辊环谐振腔设计及仿真
文章编号： 1008—5548( 2013)04— 0027—05
制造 工艺水 平。微波 烧结属 于功率 微波应用 ，其谐 振
腔为微波烧结设备的核心，谐振腔性能直接决定了
Mi c r owave Res onat or Des i gn and Si mul a t e of Ceme nt ed Car bi de Rol l Ri ngs
发高频电磁振荡、选频及储存能量[ 61。图1为某公司生 产的YGH—T系列辊环零件图。辊环结构为薄壁环形 件。对于环形件的烧结，为了提高能源利用率，实现微 波场 的可控 及达到节 能目的 ，在辊 环微波烧 结的谐 振 腔设 计时， 要求谐振 腔内的 微波电 场应集中 分布于 辊
应初期存在的温度梯度12l ，可以快速制备均匀细晶材
与
辊环 。 关键词 ：微波烧 结；谐振 腔；硬质 合金辊环 ；电磁场 分析
料【3】，并具有设备 小、操作简便141等显著优势波烧结法将能提高产品性能及
中图分类号：THl 2．TF37。0441．4
文献 标志 码： A
体
真分 析软 件HFSS对 腔内 场结 构进行 仿真 分析 ，依 据仿 真结 果对 腔
避免的晶粒 粗大、内部孔隙等组 织缺陷”1。微波烧结
加
体尺寸进行修正。结果 表明，改进后的TE3。模场圆柱腔，能实现 微
作为一种新型烧结工艺，克服了传统加热方式在反
工
波烧结内径为l o o ml n，外径为190 mi l l ，高 度小于 70 mm硬质 合金
内电磁场均匀性等方面，而关于给定烧结件外形或 制备形状复杂烧结件的微波炉谐振腔设计研究的报 道极 少。本 文中以 辊环的 微波 烧结为 对象， 应用电 磁 场有限元方法，仿真分析微波烧结炉谐振腔的微波
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大连海事大学毕业论文二0一一年六月微波谐振腔特性参数的计算和仿真专业班级：通信工程3班姓名：张振北指导教师：傅世强信息科学技术学院摘要微波谐振腔其内部的电磁场分布在空间三个坐标方向上都将受到限制,均成驻波分布.微波谐振腔在微波电路中起着与低频LC振荡回路相同的作用,是一种具有储能和选频特性的谐振器件.这次主要研究矩形谐振腔和圆柱体谐振腔的特性参数的计算和仿真.计算时用VC++中的MFC编写一个小界面计算工具，当输入变量参数时，类似计算器形式直接输出计算结果，仿真所用软件为HFSS，对矩形谐振腔和圆柱谐振腔进行仿真，输入变量得出仿真结果并与上述结算结果进行比较。
本文首先介绍了微波谐振腔的发展及前景和理论基础知识和MFC,Hfss等软件.然后分别进行了:1.对金属谐振腔中特性参数的特性及计算方式进行深入探讨，学习其基本特性与基本分析方法。
2.矩形谐振腔和圆柱谐振腔特性参数的计算在小界面计算方式方式下表示，并举例输入变量得出计算结果。
3.用Hfss微波技术仿真软件对矩形谐振腔和圆柱谐振腔仿真,与之前的结果进行比较。
4.在小界面计算工具在输入不同尺寸，内部填充不同材料，以及用铜，铁，铝等材料作为谐振腔表面材料等多种情况下计算，得出不同结果，并用仿真软件对矩形及圆柱谐振腔仿真，两组数据比较并得出结果。
本文主要研究金属谐振腔中矩形谐振腔及圆柱谐振腔特性参数的特性及计算方法，对其特性参数的特点，计算方式进行深入研究，然后运用编程软件对其编程，得到一个便捷的计算工具，并对矩形及圆柱谐振腔仿真，计算结果与仿真结果比较来判别计算工具的实用性与便捷性。
关键词：金属谐振腔，特性参数，MFC，小界面，Hfss，仿真AbstractMicrowave resonant cavity of internal electromagnetic field distribution in space three coordinate direction will be limited, all into standing wave distribution. Microwave resonator in microwave circuits plays and low frequency oscillation loop of the same role LC, is one kind has the energy storage and choose the resonance frequency characteristics of the device. The main research rectangular resonant cavity and cylinder of resonance cavity characteristic parameters of the calculation and simulation calculation with vc + +. When the MFC write a small interface calculation tool, when the input variable parameter, similar calculator form output calculation result directly, and the simulation software for HFSS, used for rectangular resonant cavity and cylindrical a rectangular resonant cavity simulation, the input variables that the simulation results and the results were compared with the settlement. This paper first introduces the development of microwave resonator and prospects and theoretical knowledge and MFC, Hfss and software. And then, the:1. To metal in a resonant cavity characteristic parameters of the characteristics and calculation way further discusses the basic characteristics and learning basic analysis method.2. Rectangular resonant cavity and cylindrical resonator parameters calculation in small interface calculated method, and an example is said that the calculation results input variables.3. With Hfss microwave technology simulation software of the rectangular resonant cavity and cylindrical resonant cavity, and the results of the simulation before the comparison.4. In a small interface computing tools in different size, internal filling input, and different material with copper, iron, aluminum and other materials as a resonant cavity surface material, etc cases calculated, different results, and the simulation software of the rectangular cylinder and resonant cavity simulation, two sets of data and compared to obtain the result.This paper makes a study of the metal in a resonant cavity rectangular resonant cavity and cylindrical resonator characteristic parameters of the characteristics and calculation method, and the characteristic parameters of the method for calculating the characteristics, further research and study, and then use of its programming software programming, get a convenient calculation tool, and in rectangular cylinder and resonant cavity simulation, the results and simulation results is discrimination computing tools of practicality and convenience.Keywords:metal resonator, characteristic parameters, MFC, small interface, Hfss,目录第1章绪论 (1)1.1研究背景及概况 (1)1.2谐振腔的发展和应用 (2)1.3本文主要的工作 (3)第2章微波谐振腔的基本理论 (4)2.1 引言 (4)2.2 谐振频率f0的概念与计算方法 (5)2.3 品质因数Q的概念与计算方法 (7)第3章：金属波导型谐振腔 (10)3.1 矩形谐振腔 (10)3.1.1 矩形谐振腔谐振频率f0的计算方法 (13)3.1.2 矩形谐振腔品质因数Q的计算方法 (13)3.2 圆柱谐振腔 (15)第3章微波谐振腔特性参数的计算 (18)4.1 关于MFC (18)4.2 运用MFC进行编写的具体步骤 (18)4.2.1 对矩形腔编程 (19)4.2.2 对圆柱腔编程 (20)4.3 具体数据代入计算 (21)第5章微波谐振腔的仿真 (23)5.1 电磁仿真软件ANSOFT HFSS (23)5.2谐振腔的的仿真步骤 (24)5.2.1 矩形谐振腔的的仿真步骤 (24)5.2.2 圆柱谐振腔的的仿真步骤 (26)5.3 对实验结果进行分析 (27)第6章：总结 (31)参考文献 (32)致谢 (33)微波谐振腔特性参数的计算和仿真第1章绪论1.1研究背景及概况目前，随着移动通信，卫星通信的迅速发展，和通讯设备的进一步向多功能,便携化，全数字化和高集成化方向发展，极大地推动了电子元器件的小型化，片式化和低成本化，以及其间组合化，功能集成化的发展进程。
滤波器地小型化问题也受到了很大的重视，因为它是实现整机微型化的重要因素移动通讯基站接收机的滤波器多采用腔体结构。
忧郁移动通讯系统的工作频率比较低（大约为2GHz），传统金属谐振腔滤波器一般都是体积庞大且本中。
因此，研制铝，铜等普通材料设计的小型化，微型化腔体滤波器对移动通信有重要意义。
此外，现代通信不但要求微波无缘器件体积更小，而且还希望插损更小，频率选择性更好，寄生频带更远等。
因此，发展小型化，高性能的微波滤波器是当前十分热门的研究课题。
众所周知，无线电通信频率资源日益紧张，分配到各类通信系统的频率间隔越来越密。
这要求滤波器阻带高衰减以除去干扰：通带内低插损，以降低前端系统对信号的衰减，提高灵敏度；同时保持一个宽的阻带以抑制杂散信号。
因此，滤波器尺寸的缩小同时保证其性能的提高将是未来滤波器研究的方向。
目前，人们主要考虑从以下几个方面来实现滤波器地小型化。
其一是利用高介电常数材料来减小滤波器地体积。
这是由于介电常数越大，波导波长越短。
一般滤波器都是有二分之一或四分之一波长谐振器构成，因此采用高介电常数材料可以有效的减小滤波器地体积。