13.1 HFSS諧振腔分析之圓柱形腔體諧振器簡介

    諧振電路在電子工程中起著非常重要的作用。在低頻段，諧振電路通常由集總參數(shù)的電感和電容構(gòu)成，即為 LC 諧振回路，其品質(zhì)因數(shù)通常為數(shù)百。當(dāng)頻率升高到微波頻段時，電路的尺寸與電磁波的波長可以比擬，集總參數(shù)諧振回路所需的元件（如電感和電容）的值太小，在工程上無法實現(xiàn)，普通的集總參數(shù)諧振回路在微波頻率下不再適用。在微波頻段，經(jīng)常使用的諧振電路是微波腔體諧振器。

    一般的微波腔體諧振器是由導(dǎo)體制成的封閉的空腔，電磁波在其中連續(xù)反射，如果模式和頻率合適，就會產(chǎn)生駐波，即發(fā)生諧振現(xiàn)象。由于導(dǎo)體空腔諧振器是封閉系統(tǒng)，全部電磁場能量被限制在腔體內(nèi)部，腔體本身無輻射損耗，另外，諧振腔屬于分布參數(shù)電路，電路的表面積增加使其導(dǎo)體損耗減小，因此諧振腔的品質(zhì)因數(shù)較集總參數(shù)諧振電路高得多。

    微波諧振器的主要參數(shù)有兩個：諧振頻率或諧振波長和品質(zhì)因數(shù)Q。

    本章我們將要分析的是如圖 13.1 所示的圓形腔體諧振器，由理論分析 1 可知，當(dāng) l = a 時， TM010是最低次模，TE111是次低次模，且二者的諧振波長分別為：

圖 13.1 圓形諧振腔

    TM010 模通常工作在分米和厘米波段，采用TM010 模的圓形腔體諧振器，其有載品質(zhì)因數(shù)可達(dá)到5000 左右。TM010模的諧振波長與腔體長度無關(guān)，無法利用調(diào)節(jié)諧振腔長度的方法進(jìn)行調(diào)諧，但在圓柱軸線方向引入一段細(xì)圓柱形導(dǎo)體或細(xì)圓柱形介質(zhì)，可以使TM010模的場分布發(fā)生變化，通過改變細(xì)圓柱形導(dǎo)體/介質(zhì)的長度，可以實現(xiàn)諧振腔的調(diào)諧。這種諧振腔調(diào)諧方便，在工程上有廣泛的應(yīng)用。圓形波導(dǎo)諧振腔 TM010模的場分布如圖 13.2 所示。

圖 13.2 TM010模的場分布

    TE111 模的主要用途是諧振腔波長計。其場分布如圖 13.3 所示，該模的極化面不穩(wěn)定，易因波導(dǎo)橫截面的變形而偏轉(zhuǎn)，出現(xiàn)同模極化簡并現(xiàn)象。

圖 13.3 TE111模的場分布