微波谐振器的简单原理及应用
微波谐振器
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谐振器为并联 RLC 电路：
Qe
RL
0L
2021/7/17
谐振电路
Q
RL
谐振器与外部负载连接
22
第7章 微波谐振器
7.2 串联和并联谐振电路
⑶ 有载 Q 值
⒊ 有载 Q 值和外部 Q 值
定义为谐振器与外部负载相连接时，将外部 负载考虑在内的品质因数；
谐振时总的储能
QL 0 负载耗损功率＋谐振电路损耗功率
⑴ 谐振时的参量
⒈ 串联⒈谐振串电联路谐振电路
传送给谐振器的复功率：
⒉ 串联谐振电路
Pin
1 VI* 2
1 2
I
2(R
jL
j 1)
C
Pl 2 j (Wm We )
输入阻抗：
Z in
R
jL
j1
C
Pl
2
j (Wm
I2 2
We )
R
谐振时 Wm We
谐振频率：
2021/7/17
0 1
LC
⒊ 电有载阻Q的值耗和散外功部率Q值
若谐振器无耗：1 R 0
2021/7/17
1 2 jC( 0 )
21
第7章 微波谐振器
7.2 串联和并联谐振电路
⑴ 空载 Q 值
⒊ 有载 Q 值和外部 Q 值
微波技术基础课件第七章微波谐振器
第7章 微波谐振器
从上述分析可知，谐振器的Q0和R0都与谐振器中的损 耗功率成反比，因而比值R0/Q0便与损耗无关，而只与几何 形状有关，而且R0/Q0与频率也无关。这就允许在任意频段 上对R0/Q0进行测量。因此在实际工程设计中，可将谐振器 的所有尺寸按线性缩尺方法做成模型，进行模拟测量。这 样，在较高频率时，就可以避免尺寸很小的精密加工困难 问题，而在频率较低时，则可不必浪费材料去加工尺寸很 大的谐振器。
E Ai Ei (r)e jit
同时由式(7.1-1)
H
j
Ai
Hi (r)e jit
1 Ei (r) ki Hi (r)
1 Hi (r) ki Ei (r)
(7.1-14) (7.1-15)
第7章 微波谐振器
对于谐振器任一自由振荡模式，可以证明其最大电场
We
1 | E |2 dv
V2
Wm
T(t) Aie jit
(7.1-8)
式中Ai为任意常数，由起始条件决定，亦即由谐振器起始激
励条件决定。
式(7.1-7)为本征值方程，ki为本征值。在选定坐标系后， 可用分离变量法求解。设其特解为Ei(r)，于是得到式(7.1-3)
E Ei (r) Aie jit
(7.1-9)
E
E Ei (r) Aie jit i 1
联等效电路。设电路两端的电压为V=Vm sin (ωt+φ)，则谐 振器中的损耗功率为 Pl G0Vm2 / 2
G0
2Pl Vm2
(7.1-26)
第7章 微波谐振器
图 7.1-3 微波谐振器的等效电路
第7章 微波谐振器
式中Vm是等效电路两端电压幅值。Pl可由式(7.1-23)求得。 这样，为了计算谐振器的损耗电导G0就必须确定Vm值，然 而，对于微波谐振器，其内不管哪个方向都不属于似稳场， 因而两点间的电压与所选择的积分路径有关，故G0不是单 值量。因此严格讲，在一般情况下，微波谐振器的G0值是 难以确定的。尽管如此，我们还是可以设法在谐振器内表 面选择两个固定点a和b，并在固定时刻可以沿所选择路径 进行电场的线积分，并以此积分值作为等效电压Vm的值，
谐振器原理
谐振器原理
谐振器是一种能够产生共振现象的物理装置。
它由一个具有固有频率的振动系统组成，可以通过外界的激励使其振动。
当外界激励频率与振动系统的固有频率相等或非常接近时，振动系统会出现共振现象，使得振幅达到最大值。
谐振器的工作原理基于能量储存和能量转移的过程。
在振动系统中，当外界施加一个周期性的激励时，振动系统会吸收能量，并逐渐积累。
在振动系统受到外界激励的情况下，振动系统会在固有频率的情况下进行振动，并将储存的能量转化为振动能。
谐振器的固有频率是指振动系统在没有外界激励下自然振动的频率。
当外界激励频率趋近于固有频率时，振动系统会发生共振现象。
共振现象下，振动系统的振幅会逐渐增大，直到达到最大值。
这是因为外界激励与振动系统固有频率相近时，振动系统的阻尼减小，使得能量转移更加有效，振幅增大。
谐振器的应用非常广泛，例如在电路中的LC电路、声学中的
空气柱谐振器等都是谐振器的典型应用。
在电子设备中，谐振器能够通过选择相应的元件参数实现特定的频率选择，用于信号滤波和频率调谐等应用。
在声学领域，谐振器被广泛应用于乐器和扬声器中，帮助产生特定的音调和音色。
总之，谐振器通过共振现象实现能量储存和转移，在不同领域中具有重要的应用价值。
通过精确选择谐振器的固有频率，可以实现特定的功能，满足不同应用需求。
谐振器的功能原理及应用
谐振器的功能原理及应用1. 功能原理谐振器是一种用来增强或减弱振动信号的装置。
谐振器的功能原理基于谐振现象，即当外力频率与系统的固有频率相等或者非常接近时，系统的振幅将大幅增加。
谐振器的基本原理是通过调节其固有频率的方法，使得外加信号的频率与谐振器的固有频率达到匹配。
当频率匹配时，外加信号会得到放大，从而达到增强信号的效果。
而当频率不匹配时，外加信号将被衰减，从而达到减弱信号的效果。
2. 应用谐振器广泛应用于各个领域，以下列举了一些常见的应用场景：2.1 电子电路中的谐振器•射频谐振器：射频谐振器在无线通信中起着至关重要的作用。
射频谐振器可以选择性地放大或衰减特定频率的信号，从而实现信号的选择性传输。
•振荡器：振荡器利用谐振器的原理来产生稳定的频率信号。
振荡器被广泛应用于无线电通信、音频系统、计算机时钟等领域。
2.2 机械系统中的谐振器•减振器：机械系统中的谐振器用于消除或减小由外界激励引起的共振现象。
减振器可以使机械系统在特定频率下保持稳定，并减小振动幅度，提高机械系统的稳定性和可靠性。
•音响系统中的谐振器：音响系统中的谐振器用于增强或衰减特定频率的声音。
例如，低音炮中的调音器可以通过调节谐振器的固有频率来增强低音效果。
2.3 光学系统中的谐振器•激光器：激光器中的谐振器用于选择性地增强或衰减特定波长的光。
激光谐振器通过调节外部镜子的位置来改变光腔的长度，从而实现对激光波长的选择性放大。
•光学滤波器：光学滤波器利用谐振器的原理来选择性地透过或反射特定频率的光。
光学滤波器广泛应用于光纤通信、成像系统等领域。
3. 总结谐振器作为一种能够增强或减弱振动信号的装置，在各个领域都有着重要的应用。
无论是在电子电路、机械系统还是光学系统中，谐振器都发挥着关键的作用。
通过调节谐振器的固有频率，可以实现信号的选择性放大或衰减，从而满足不同应用的需求。
谐振器的功能原理的深入理解，对于应用谐振器的设计和优化具有重要意义。
4-1.2同轴线谐振腔解析
(4-17) (4-18)
δ和表面电阻率的关系为
f
第四章 微波谐振器
§4.2 谐振腔的主要特性参数
为大致看出Q0与腔容积、表面面积之间的关系， 将Q0的表达式变形.
令
H
2
V
H dV V
2 H V
2
2
H
2
S
H dS S
2
则
Q0
H S
2
A
V S
2
构成谐振器 的相应传输 线或者波导 的截至频率.
(4-8)
(4-9)
一个p对应一个β，对应一个谐振频率。 所以微波谐振器具有多谐性，与低频的LC谐振器不同。
第四章 微波谐振器
§4.2 谐振腔的主要特性参数
4.2.2 品质因数 表征谐振器选择性的优劣和能量损耗程度.
分为固有品质因数Q0和有载品质因数QL 1.固有品质因数
而
ˆ H Js n
2
s
s
s
(4-15)
J s H
第四章 微波谐振器
§4.2 谐振腔的主要特性参数
2 1 故 P Rs H dS 2 s 所以固有品质因数可写为
Q0 2
V
H H
2
dV
S
2
(4-16)
dS
这里δ为趋肤深度:
1 f
第四章 微波谐振器
§4.2 谐振腔的主要特性参数
主要参数：谐振频率、品质因数和谐振电导
4.2.1谐振频率 低频的谐振回路，谐振频率
fr
1 2 LC
取决于电感、电容 微波谐振器可以在一系列频率下产生电磁振荡 谐振频率、谐振波长 本节介绍求谐振频率的四种方法
谐振器的原理与应用
谐振器的原理与应用1. 谐振器的概念与分类谐振器是一种能够在特定频率下产生共振的装置，它由能储存能量的电容或电感元件组成。
谐振器可分为电容谐振器和电感谐振器两种类型。
•电容谐振器：电容谐振器是由电容器和电感器组成的电路。
当电容谐振器的电感值与电容值在一定范围内时，可产生谐振现象，使电路的阻抗达到最小值。
•电感谐振器：电感谐振器是由电感器和电容器组成的电路。
当电感谐振器的电感值与电容值在一定范围内时，可产生谐振现象，使电路的阻抗达到最大值。
2. 谐振器的工作原理谐振器的工作原理基于谐振现象，即在某一频率下，电路的阻抗达到最小或最大值。
当电路与外加电源连接后，电路与外界的电磁场相互作用，使电路中的能量逐渐增加。
而在谐振频率附近，电路的阻抗最小或最大，能量损耗最小，因此谐振器能够储存更多的能量。
3. 谐振器的应用谐振器在许多领域中有广泛的应用，以下列举几个常见的应用。
3.1 通信系统中的谐振器谐振器在通信系统中起着重要的作用。
通信系统中常用的滤波器就是基于谐振原理工作的。
滤波器能够选择性地通过或抑制特定频率的信号，提高通信系统的信号质量。
谐振器作为滤波器的重要组成部分，被广泛应用于无线通信、卫星通信等领域。
3.2 医疗设备中的谐振器谐振器在医疗设备中也有重要的应用。
例如，核磁共振成像（MRI）设备中的谐振器被用于产生精确的谐振频率，使得在磁场中的原子核能够发出特定的信号。
这些信号经过处理后可以得到人体组织的详细图像，帮助医生进行诊断。
3.3 无线能量传输中的谐振器谐振器还可以用于无线能量传输。
无线能量传输使用的是电磁场的感应耦合，通过谐振器使得能量传输过程更加高效。
例如，无线充电器中的谐振器能够与手机或其他设备中的谐振器进行匹配，实现能量的传输和充电。
3.4 音频设备中的谐振器音频设备中的谐振器也是常见的应用之一。
例如，扬声器中的谐振器能够使得声音产生共振，增加音质和音量。
同时，谐振器还可以用于音频滤波器，提供更好的音频体验。
电磁场课件-第四章微波谐振器
选择合适的材料
根据设计目标，选择合适的介 质材料和导电材料。
确定几何参数
根据理论计算和仿真优化，确 定微波谐振器的几何参数，如
长度、宽度、高度等。
仿真优化
利用电磁仿真软件进行性能仿 真和优化，确保设计满足要求
。
设计实例分析
矩形谐振腔设计
分析矩形谐振腔的频率特 性、品质因数等性能参数， 以及影响因素。
01
采用适当的表面处理技术提高附着力。
尺寸精度问题
02
采用高精度的加工设备提高尺寸精度。
电磁泄露问题
03
采用适当的电磁屏蔽措施减小电磁泄露。
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感谢您的观看
微波谐振器在测量仪器和设备中也有广泛应用，如微 波频谱分析仪、网络分析仪等。
微波谐振器在这些仪器和设备中起到关键作用，提供 高精度和高稳定性的测量结果，为电子设备和系统的 研发、生产和维护提供支持。
05
微波谐振器的设计
设计方法与步骤
01
02
03
04
确定设计目标
明确微波谐振器的性能要求， 如频质因数和较宽的带宽，适用于 宽带通信和信号处理等应用。
金属谐振器的主要缺点是体积 较大，不易集成，且容易受到 温度和环境的影响。
介质覆盖金属谐振器
介质覆盖金属谐振器是利用金属 材料作为导磁体，电介质材料作 为覆盖层，在高频磁场和电场共 同作用下产生谐振的微波器件。
介质覆盖金属谐振器通常具有较 高的品质因数和较稳定的谐振频 率，适用于窄带通信和频率合成
02
在微波系统中，微波谐振器能够 提供稳定的振荡频率，实现信号 的传输、处理和放大等功能。
微波谐振器的基本概念
微波谐振器是一种能够存储微波能量的器件，通常由电感和电容组成的回路构成。
6_微波技术基础_微波谐振器
北京交通大学
Beijing Jiaotong University
（二）电纳法 谐振时，谐振器内电场和磁场能量自行转换，谐 振器内总电纳为零。如果采用某种方法得到谐振 器的等效电路,并将所有的电纳归算到同一个参考 面上,则在谐振时,此参考面上总的电纳为零,即
B f 0
0
利用上式可以求得谐振频率。
工作模式给定 时为常数A
V Q0 2 A S
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V/S越大，越小，则Q0 越高。为了提高Q0 ，在抑 制干扰的前提下，尽可能增大V，减小S，并选用 电导率较大的材料作为腔壁内表面，且内表面尽 量光滑。
（二）有载品质因数
有载品质因数QL：考虑外界负载作用的腔体品质 因数。 负载使腔的固有谐振频率发生变化，增加腔的功 率损耗，导致品质因数下降。
环形腔中的磁场可近似认为主要是集中于腔内圆 柱体周围的环形体积内，设该体积内总的磁通量， 沿圆柱体表面流动的高频电流的幅值为I，则等效 电感L为：
L I
在距离腔体轴线r处，由电流I产生的磁场强度值 I 为： H 2r 通过宽度为dr的环形体积横截面面积ds=hdr的磁 通量d为： I d Hds hdr 2r
fr 1 2 LC
北京交通大学
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环形谐振腔及其等效电路
如上图的环形腔中的电场可近似认为主要是集中 于腔内圆柱体的端面和与之相对的腔体底部内表 面之间的区域内（略去边缘电容），并把它近似 看做平板电容C，则 r02
C d
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微波谐振器的简单原理及应用
1. 简介
微波谐振器是一种用来产生、操控和测量微波信号的重要设备，广泛应用于通信、雷达、卫星通信等领域。
本文将介绍微波谐振器的简单原理及其主要应用。
2. 微波谐振器的原理
微波谐振器是基于微波波导和谐振腔的结构。
微波波导是一种导波结构，能够
有效地传输和控制微波信号。
谐振腔则是一个能够使微波信号在空腔内多次反射并形成驻波的装置。
微波谐振器的原理可以简单描述如下： 1. 微波信号通过微波波导传输到谐振腔；
2. 在谐振腔内，微波信号被多次反射并形成驻波；
3. 当微波信号的频率与谐振腔
的固有频率相匹配时，谐振腔将发生共振现象； 4. 共振现象会导致谐振腔内的微
波信号强度增加，形成谐振峰。
3. 微波谐振器的主要类型
微波谐振器可以分为很多不同的类型，其中常见的包括：
1.空腔谐振器：空腔谐振器是最基本的谐振器类型，由一个或多个空腔
构成。
常见的空腔谐振器包括螺旋线谐振器、圆柱谐振器等。
2.波导谐振器：波导谐振器是一种利用波导结构形成谐振腔的谐振器。
常见的波导谐振器包括矩形波导谐振器、圆柱波导谐振器等。
3.微带谐振器：微带谐振器是一种利用微带线结构形成谐振腔的谐振器。
常见的微带谐振器包括微带贴片谐振器、微带环形谐振器等。
4.介质谐振器：介质谐振器是一种利用介质材料的介电特性来形成谐振
腔的谐振器。
常见的介质谐振器包括介质柱谐振器、介质球谐振器等。
4. 微波谐振器的应用
微波谐振器在通信、雷达、卫星通信等领域有广泛的应用，主要包括以下几个
方面：
1.频率选择：微波谐振器可以通过调整谐振腔的固有频率来选择特定频
率的微波信号。
这使得微波谐振器成为实现频率选择的重要工具。
2.信号增强：当微波信号与谐振腔的固有频率匹配时会发生共振现象，
使得谐振腔内的微波信号强度增强。
这可以用于增强微波信号的强度。
3.滤波器：微波谐振器可以通过调整固有频率和带宽来实现不同类型的
滤波器。
常见的滤波器类型包括带通滤波器、带阻滤波器等。
4.频率测量：微波谐振器可以被用来测量微波信号的频率。
通过测量谐
振腔的固有频率，可以得到待测微波信号的频率。
5. 总结
微波谐振器是一种重要的微波设备，基于微波波导和谐振腔的结构实现微波信号的产生、操控和测量。
通过调整谐振腔的固有频率，微波谐振器可以实现频率选择、信号增强、滤波和频率测量等多种应用。
在通信、雷达、卫星通信等领域有广泛的应用前景。
以上是对微波谐振器的简单原理及应用的介绍，希望对读者有所帮助。