什么是电磁谐振腔

最佳答案:

电磁谐振腔electromagnetic resonant cavity：微波波段的谐振电路。通常在波导的两端用导电板短路而构成的封闭腔体。

详情介绍

电磁谐振腔electromagnetic resonant cavity：微波波段的谐振电路。通常在波导的两端用导电板短路而构成的封闭腔体。

中文名

电磁谐振腔

外文名

electromagnetic resonant cavity

电磁谐振腔简介

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。

电磁谐振腔参数

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。谐振腔的有载品质因数QL为

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

式中Qi称为内部品质因数（也称为固有品质因数或无载品质因数），Qe称为外部品质因数。

电磁谐振腔类型

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，常用的有图2中的三种形式。

电磁谐振腔

重入式同轴腔 　又名凹形腔(图3)。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。

矩形波导腔 　在矩形波导两端用导电壁短路而构成，其谐振频率为

式中c为光速，m、n、l为整数（对于TE模,其中之一可为零，对于TM模，三者均不能为零）。

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。

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。