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微波谐振腔特性参数的计算和仿真

微波谐振腔特性参数的计算和仿真
微波谐振腔特性参数的计算和仿真

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:

指导教师:

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

Abstract

Microwave 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。其二是改变微波谐振器的结构形式。微波谐振器的结构形式多种多样,通过改变微波谐振器的结构形式,可以在保持较好的滤波特性的前提下减小一定的体积。其三是采用多层技术来减小滤波器地体积,并为滤波器地设计提供了多层的结构和多维设计空间。

在考虑到传输时的低损耗性和谐振时的稳定性,传统的微波谐振腔一般为基模工作的圆柱腔,其基模或低阶模在低频段有较大的模式间隔.高阶模式一直是被力图压抑的.但是,当谐振频率提高,比如从微波波段提升至毫米波段或亚毫米波段,如果依旧使用基模,就会造成腔体的尺寸随频率的提高而变得越来越小,给实际的工程设计和制作带来很多困难.值得欣慰的是,随着近年来微波器件向高频率和高功率方向

的法则,同轴谐振腔及高阶工作模式的理论研究增多,其内涵的部分有点被认识,成为微波器件的重要发展方向之一.与圆柱腔的基模或低阶模不同.在高频系统中采用同轴腔的高阶模式,可以同时实现高频率和高功率。一定结构的同轴腔,其高阶模也可以有较大的模式间隔。对于相同的场幅值波动而言,高次模同轴腔可利用的阴极发射面积比相应矩形腔和圆柱体基模的阴极发射面积大。故可以减轻阴极负荷和减小空间电荷密度:对于给定的工作频率,同轴腔体得尺寸和对应模式的阶数可随意调节,以适应不同的频率和功率。

1.2谐振腔的发展和应用

自电磁学开创以来,随着电磁场理论的不断丰富,现代无线技术得到了迅速发展。在微波和毫米波波段,由于电路和器件具有明显的相位滞后,导致集总参

数失效,使用的器件成为传输线、波导、谐振腔等。其中谐振腔是微波毫米波设

备和系统中不可或缺的重要部件。

最初的谐振腔,是由低频LC谐振回路在应用频率不断提高的情况下演变而

来[20],如图1.1所示。当谐振频率需要提高时,我们可以通过拉大电容板的间距

来减小电容C,和减小电感线圈的圈数来减小电感L的方式来实现(如图1.1(b));并联电感进一步减小电感(如图1.1(c,d));继续增加并联电感的数目,直至

导线之间联成一片,则形成了一个封闭的导体空腔(如图1.1(e))。这个空腔就

是应用于微波毫米波器件中的谐振元件:谐振腔。它具有以下优点:(1)损耗小。电磁场全部被封闭在金属壁所限制的空腔内,没有辐射损耗;空腔无需填充介质,没有介质损耗;流过高频电流的金属表面增大了,金属中的热损耗很小。因而使

得微波谐振腔具有很高的品质因数和非常大的谐振阻抗;(2)结构坚固,机械制

造方便。

谐振腔的种类很多,按其结构形式可分为两大类:(1)传输型谐振腔,如矩

形谐振腔、圆柱形谐振腔、同轴谐振腔、微带谐振腔和介质谐振腔等;(2)非传

输型谐振腔,如电容加载同轴谐振腔、环形谐振腔和球形谐振腔等。

随着微波集成技术和微波单片集成技术的迅猛发展,微波谐振腔在各方面得

到了广泛的应用。在微波毫米波信号的产生方面,谐振腔是整个微波毫米波振荡

器必不可少的组成部分。如反射速调管、磁控管等,都是以谐振腔为基础的振荡器;在微波频率的选择与测量方面,用谐振腔为基本元件可构成各种频率选择电

路和滤波器,利用谐振腔做成的各个频段的波长计、回波箱等是众所周知的测量

装置;在传统微波管方面,以谐振腔为核心部件的速调管放大器[21-24]是当前微波频段大功率高增益的主要器件。

1.3本文主要的工作

对于结构比较简单的谐振腔,不少文献已经介绍了这类腔体的计算方法,我可以通过各种途径来找到这类的公式,当我们用的时候再寻找的话就会发现那些公式计算起来非常麻烦,所以我这次就利用C++的MFC编写一个类似计算器形式的小界面,这样只要通过简单的输入变量就可以得到想要的结果。同时运用HFSS仿真,得到大量实验结果,讲计算结果和仿真结果结合相比较。

综合以上的说明,本文的内容安排如下:

第一章主要介绍本文的研究背景及概况,谐振腔的发展和应用,介绍本论文

的主要工作。

第二章主要介绍谐振腔的基本理论和特性参数的计算方法。简单介绍谐振腔的一些基本理论,谐振频率和品质因数等特性参数的计算方法。

第三章主要介绍金属谐振腔。以矩形谐振腔和圆柱谐振腔为例分别介绍谐振频率和品质因数的概念与计算方法。

第四章主要介绍谐振腔特性参数的计算,首先介绍关于MFC的一些情况,然后运用MFC进行编程,尝试在不同规格,不同介质,不同材料下谐振频率和品质因数的变化

第五章主要介绍运用HFSS微波仿真软件对两种谐振腔进行仿真,首先介绍关于HFSS仿真软件的一些情况,然后进行仿真,与计算得出的结果进行比较,尝试分析。

第六章是总结。对文中谐振腔的研究进行了总结,并且对文中所存在

的问题进行了剖析,同时也对进一步的研究进行了探讨。

第2章微波谐振腔的基本理论

2.1 引言

谐振标志着“平衡”,是自然界中的普遍现象,也是物质运动存在的一种状态。微波谐振就是微波能量中的电储能和磁储能之间的平衡。

微波频段的谐振一般利用微波谐振腔来实现,微波谐振腔是用短路面,开路面以及其他措施电磁场约束于一定范围之内的装置。和低频LC震荡电路中具有明确的储存磁能的电感和储存电能的电容不同,微波谐振腔中点,磁储能的区域是无法截然分开的。

微波谐振腔广泛应用于微波信号源,微波滤波器及微波测量技术中,是一种基本的微波元件,它的结构形式很多,其中一类微波谐振腔是和微波传输线累世相对应的,如矩形微波谐振腔,圆柱微波谐振腔,通州微波谐振腔,微带谐振腔,介质谐振器等传输线型谐振腔:另外一类是如开腔谐振器等其他非传输线型的谐振腔。

传输线型微波谐振腔是由传输线端接微波路面或者开路面构成的。从电磁波的角度来看,微波传输线是在横截面上形成驻波,而传输方向上形成行波,微波谐振腔则是在三个方向上均形成驻波。一次,微波传输线的解可以视为电磁波其次Helmholtz方程在横截面上的二维谐振,而谐振是起在微波谐振腔内的三维本征解,起本征值是微波谐振腔的谐振频率。也就是说,有一系列的谐振频率上的电磁波可以存在于微波谐振腔中,这一些了满足相应谐振场型的电磁波为写真模式。这和在低频LC谐振电路中,仅有一个由电感和电容确定的谐振频率不同。与低频谐振电路相类似,微波谐振腔也利用固有品质因数Q值来描述起储能与损耗的关系,但是,微波谐振腔的Q值因为没有俯身损耗而相对较高。需要特别指出的是,此时的Q值是和特定的谐振模式相关的,也就是美国具体谐振模式的固有品质因数Q值是不同的。

实际上,完全封闭的,与外界没有耦合的微波谐振腔是没有用处的。微波谐振腔在考虑输入,输出耦合情况下的解与在封闭情况下的本征解是不同的,但是这种变化可以在本征解的基础上建模分析。这种变化不仅仅体现在谐振模式的电磁场分布的改变和谐振频率的偏移上,而且实际Q值也分为富有品质因数,外部品质因数和又在品质因数。

图 2.1 谐振腔应用

讨论谐振腔的主要指标是谐振频率 0、品质因数Q和电导G。谐振腔的讨论思路是:理想腔—耦合腔—非理想腔,如图(2)所示。

图 2.2 谐振腔研究的思路框图

f时,采用不计及腔损耗,即腔壁由理想导体构成。但是,当在研究谐振频率

Q时,则必须考虑损耗的因素。

研究

2.2 谐振频率f0的概念与计算方法

微波谐振腔的谐振频率f0是腔中魔模式的场发生谐振时的频率,谐振的发生与否可有腔内场量呈纯驻波分拨或电场能力与磁场能力平均值相等或腔内的总等效

RLC联谐振频率及其计算公式

RLC串联谐振频率及其计算公式串联谐振是指所研究的串联电路部分的电压和电流达到同相位,即电路中电感的感抗和电容的容抗在数值上时相等的,从而使所研究电路呈现纯电阻特性,在给定端电压的情况下,所研究的电路中将出现最大电流,电路中消耗的有功功率也最大. 1. 谐振定义:电路中L、C 两组件之能量相等,当能量由电路中某一电抗组件释 出时,且另一电抗组件必吸收相同之能量,即此两电抗组件间会产生一能量脉动。 2. 电路欲产生谐振,必须具备有电感器L及电容器C 两组件。 3. 谐振时其所对应之频率为谐振频率(resonance),或称共振频率,以f r表示之。 4. 串联谐振电路之条件如图1所示:当Q=Q ?I2X L = I2 X C也就是X L =X C时,为R-L-C串联电路产生谐振之条件。

图1 串联谐振电路图 5. 串联谐振电路之特性: (1) 电路阻抗最小且为纯电阻。即 Z =R+jX L?jX C=R (2) 电路电流为最大。即 (3) 电路功率因子为1。即 (4) 电路平均功率最大。即P=I2R (5) 电路总虚功率为零。即Q L=Q C?Q T=Q L?Q C=0 6. 串联谐振电路之频率: (1) 公式: (2) R - L -C串联电路欲产生谐振时,可调整电源频率f 、电感器L 或电容器C 使其达到谐振频率f r,而与电阻R完全无关。

7. 串联谐振电路之质量因子: (1) 定义:电感器或电容器在谐振时产生的电抗功率与电阻器消耗的平均功率 之比,称为谐振时之品质因子。 (2) 公式: (3) 品质因子Q值愈大表示电路对谐振时之响应愈佳。一般Q值在10~100 之 间。 8. 串联谐振电路阻抗与频率之关系如图(2)所示: (1) 电阻R 与频率无关,系一常数,故为一横线。 (2) 电感抗X L=2 πfL ,与频率成正比,故为一斜线。 (3) 电容抗与频率成反比,故为一曲线。 (4) 阻抗Z = R+ j(X L?X C) 当 f = f r时, Z = R 为最小值,电路为电阻性。

微波基本参数测量

浙江师范大学实验报告 实验名称微波基本参数测量班级物理071 姓名陈群学号07180116 同组人刘懿钧实验日期09/10/27 室温气温 微波基本参数测量 摘要:微波是一种波长较短的电磁波。在电磁波波谱表中,微波的波长介于无线电波与光波之间。波长较长的分米波和无线电波的性能相近,波长较短的毫米波则 与光波的性质相一致。本实验有以下目的(1)了解微波传输系统的组成部分。 (2)掌握微波的基本测量:频率、功率、驻波比和波导波长 关键词:微波功率驻波比频率特性阻抗波长可变衰减器 引言:微波通常是指波长从1米(300MHZ)到1毫米(300GHZ)范围内的电磁波,其低频端与超短波波段相衔接,高频端与远红外相邻,由于它比一般无线电波的 波长要短的多,故把这一波段的无线电波称为微波,可划分为分米波,厘米波 和毫米波。微波有以下基本特征:1.微波的波长极短,比地球上一些物体的几 何尺寸小得多,因此当微波照射到这些物体上时,产生显著的反射,其传播特 性与几何光学相似,具有“似光性”直线传播的特点;2.微波的频率极高,即 振荡周期极短(10-9~10-12秒),与一般电真空器械中的电子渡越时间同一数量 级;3.微波可以毫无阻碍地穿过电离层,具有穿透性;4.许多的原子和分子发 射和吸收原子电磁波波长正好处于微波波段内;5.研究方法和测量技术上,要 从“电磁场”的概念去研究和分析,测量功率、驻波比、频率和特性阻抗等。 近年来,微波边缘学科,如微波超导、微波化学、微波生物学、微波医学都得 到长足的发展。 实验方案: 1、实验原理 微波的波长通常被认为在1mm~1M之间,其频率范围相当于300GHz~300MHz。如此之高的振荡频率,势必会引起一系列新的问题。现将微波与无线电波的主要不同点简述如下:(1)微波的产生具有其独特性 电子管中,电子由阴极到达阳极的时间称为“电子渡越时间”,一般是在s的数 量级。这对频率较低的无线电波来讲,几乎可被忽略。但对频率高于300 MHZ的微波,则将受到制约。若想从电子管中获得微波信号,只能借助于电子流与谐振腔相互交换能量的方式来进行。 (2)在研究方法上两者有明显的不同 在低频电路中,工作波长已远远超出实际电路的几何尺寸(例如:对应于50Hz的电磁波其波长值为6000KM)。电路中各点的电流和电压值可被认为是在同一时刻建立起来。

微波谐振腔特性参数的计算和仿真

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

微波基本参数的测量原理

微波基本参数的测量 一、实验目的 1、了解各种微波器件; 2、了解微波工作状态及传输特性; 3、了解微波传输线场型特性; 4、熟悉驻波、衰减、波长(频率)和功率的测量; 5、学会测量微波介质材料的介电常数和损耗角正切值。 二、实验原理 微波系统中最基本的参数有频率、驻波比、功率等。要对这些参数进行测量,首先要了解电磁波在规则波导内传播的特点,各种常用元器件及仪器的结构原理和使用方法,其次是要掌握一些微波测量的基本技术。 1、导行波的概念: 由传输线所引导的,能沿一定方向传播的电磁波称为“导行波”。导行波的电场E 或磁场H 都是x 、y 、z 三个方向的函数。导行波可分成以下三种类型: (A) 横电磁波(TEM 波): TEM 波的特征是:电场E 和磁场H 均无纵向分量,亦即:0=Z E ,0=Z H 。电场E 和磁场H ,都是纯横向的。TEM 波沿传输方向的分量为零。所以,这种波是无法在波导中传播的。 (B) 横电波(TE 波): TE 波即是横电波或称为“磁波”(H 波),其特征是0=Z E ,而0≠Z H 。亦即:电场E 是纯横向的,而磁场H 则具有纵向分量。 (C) 横磁波(TM 波): TM 波即是横磁波或称为“电波”(E 波),其特征是0=Z H ,而0≠Z E 。亦即:磁场H 是纯横向的,而电场E 则具有纵向分量。 TE 波和TM 波均为“色散波”。矩形波导中,既能传输mm TE 波,又能传输mm TM 波(其中m 代表电场或磁场在x 方向半周变化的次数,n 代表电场或磁场在y 方向半周变化的次数)。 2、波导管: 波导管是引导微波电磁波能量沿一定方向传播的微波传输系统,有同轴线波导管和微带等,波导的功率容量大,损耗小。常见的波导管有矩形波导和圆波导,本实验用矩形波导。 矩形波导的宽边定为x 方向,内尺寸用a 表示。窄边定为y 方向,内尺寸用b 表示。10TE 波以圆频率ω自波导管开口沿着z 方向传播。在忽略损耗,且管内充满均匀介质(空气)下,波导管内电磁场的各分量可由麦克斯韦方程组以及边界条件得到: ()sin()j t z o y x E j e ωβωμππα-=-, ()sin()j t z o x x H j e ωβμαππα -=

RLC串联谐振频率及其计算公式38586

RLC串联谐振频率及其计算公式 2009-04-21 09:51 串联谐振是指所研究的串联电路部分的电压和电流达到同相位,即电路中电感的感抗和电容的容抗在数值上时相等的,从而使所研究电路呈现纯电阻特性,在给定端电压的情况下,所研究的电路中将出现最大电流,电路中消耗的有功功率也最大. 1. 谐振定义:电路中L、C 两组件之能量相等,当能量由电路中某一电抗组件释 出时,且另一电抗组件必吸收相同之能量,即此两电抗组件间会产生一能量脉动。 2. 电路欲产生谐振,必须具备有电感器L及电容器C 两组件。 3. 谐振时其所对应之频率为谐振频率(resonance),或称共振频率,以f r表示之。 4. 串联谐振电路之条件如图1所示:当Q=Q ? I2X L = I2 X C也就是 X L =X C 时,为R-L-C 串联电路产生谐振之条件。 图1 串联谐振电路图 5. 串联谐振电路之特性: (1) 电路阻抗最小且为纯电阻。即Z =R+jX L?jX C=R (2) 电路电流为最大。即 (3) 电路功率因子为1。即 (4) 电路平均功率最大。即P=I2R (5) 电路总虚功率为零。即Q L=Q C?Q T=Q L?Q C=0 6. 串联谐振电路之频率:

(1) 公式: (2) R - L -C 串联电路欲产生谐振时,可调整电源频率f 、电感器L 或电容器C 使其达到谐振频率f r ,而与电阻R完全无关。 7. 串联谐振电路之质量因子: (1) 定义:电感器或电容器在谐振时产生的电抗功率与电阻器消耗的平均功率之比,称为谐振时之品质因子。 (2) 公式: (3) 品质因子Q值愈大表示电路对谐振时之响应愈佳。一般Q值在10~100 之间。 8. 串联谐振电路阻抗与频率之关系如图(2)所示: (1) 电阻R 与频率无关,系一常数,故为一横线。 (2) 电感抗X L=2 π fL ,与频率成正比,故为一斜线。 (3) 电容抗与频率成反比,故为一曲线。 (4) 阻抗Z = R+ j(X L ?X C) 当f = f r时,Z = R 为最小值,电路为电阻性。 当f >f r时,X L>X C,电路为电感性。 当f <fr 时,X L<X C,电路为电容性。 当f = 0 或f = ∞ 时, Z = ∞ ,电路为开路。 (5) 若将电源频率f 由小增大,则电路阻抗Z 的变化为先减后增。 9. 串联谐振电路之选择性如图(3)所示:

微波基本参数的测量实验报告

微波基本参数的测量 【目的要求】 1.学习微波的基本知识,了解波导测量系统,熟悉基本微波元件的作用; 2.了解微波在波导中传播的特点,掌握微波基本测量技术; 3.掌握驻波测量线的正确使用方法; 4.掌握电压驻波系数的测量原理和方法。 【仪器用具】 微波参数测试系统,包括:三厘米固态信号源,三厘米驻波测量线,选频放大器,精密衰减器,隔离器,谐振式频率计(波长表),匹配负载,晶体检波器,单螺调配器等。 【原理】 微波技术是近代发展起来的一门尖端科学技术,它不仅在通讯、原子能技术、空间技术、量子电子学以及农业生产等方面有着广泛的应用,在科学研究中也是一种重要的观测手段,微波的研究方法和测试设备都与无线电波的不同。从图1可以看出,微波的频率范围是处于光波和广播电视所采用的无线电波之间,因此 它兼有两者的性质,却又区别于两者。与无线电波相比,微波有下述几个主要特占 八、、 A /it |钏 1 I「F X-io? LU 1 1 1 1 1i I J KT* IN JQ-U 1 1 』」1 p\\r in 1 1 1 n i 1 1 II P 1 卿]□'" 阿見充¥卅 电 恢 图1电磁波的分类 1 ?波长短(1m1mm):具有直线传播的特性,利用这个特点,就能在微 波波段制成 方向性极好的天线系统,也可以收到地面和宇宙空间各种物体反射回来的微弱信 号,从而 确定物体的方位和距离,为雷达定位、导航等领域提供了广阔的应用。 2 ?频率高:微波的电磁振荡周期(10-9—10-12s)很短,已经和电子管中电子在电极间 -9

器、放大器和检波器)中,而必须采用原理完全不同的微波电子管(速调管、磁控管和行波管等)、微波固体器件和量子器件来代替。另外,微波传输线、微波元件和微波测量设备的线度与波长具有相近的数量级,在导体中传播时趋肤效应和辐射变得十分严重,一般无线电元件如电阻、电容、电感等元件都不再适用,也必须用原理完全不同的微波元件(波导管、波导元件、谐振腔等)来代替。 3.微波在研究方法上不像无线电那样去研究电路中的电压和电流,而是研究微波系统中的电磁场,以波长、功率、驻波系数等作为基本测量参量。 4.量子特性:在微波波段,电磁波每个量子的能量范围大约是10-6?10-3eV, 而许多原子和分子发射和吸收的电磁波的波长也正好处在微波波段内。人们利用这一特点来研究分子和原子的结构,发展了微波波谱学和量子电子学等尖端学科,并研制了低噪音的量子放大器和准确的分子钟,原子钟。 5.能穿透电离层:微波可以畅通无阻地穿越地球上空的电离层,为卫星通讯,宇宙通讯和射电天文学的研究和发展提供了广阔的前途。 综上所述微波具有自己的特点,不论在处理问题时运用的概念和方法上,还是在实际应用的微波系统的原理和结构上,都与普通无线电不同。微波实验是近代物理实验的重要组成部分。 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。

微波检测原理

微波检测原理 微波是指频率为300MHz-3000GHz的电磁波,是无线电波中一个有限频带的简称,即波长在1米(不含1米)到0.1毫米之间的电磁波,是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高,通常也称为“超高频电磁波”。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性.微波量子的能量为1 99×l0 -25~1.99×10-22j。 微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器,微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西,则会反射微波。 从电子学和物理学观点来看,微波这段电磁频谱具有不同于其他波段的如下重要特点: 穿透性 微波比其它用于辐射加热的电磁波,如红外线、远红外线等波长更长,因此具有更好的穿透性。微波透入介质时,由于介质损耗引起的介质温度的升高,使介质材料内部、外部几乎同时加热升温,形成体热源状态,大大缩短了常规加热中的热传导时间,且在条件为介质损耗因数与介质温度呈负相关关系时,物料内外加热均匀一致。 选择性加热 物质吸收微波的能力,主要由其介质损耗因数来决定。介质损耗因数大的物质对微波的吸收能力就强,相反,介质损耗因数小的物质吸收微波的能力也弱。由于各物质的损耗因数存在差异,微波加热就表现出选择性加热的特点。物质不同,产生的热效果也不同。水分子属极性分子,介电常数较大,其介质损耗因数也很大,对微波具有强吸收能力。而蛋白质、碳水化合物等的介电常数相对较小,其对微波的吸收能力比水小得多。因此,对于食品来说,含水量的多少对微波加热效果影响很大。 热惯性小 微波对介质材料是瞬时加热升温,能耗也很低。另一方面,微波的输出功率随时可调,介质温升可无惰性的随之改变,不存在“余热”现象,极有利于自动控制和连续化生产的需要。 似光性和似声性 微波波长很短,比地球上的一般物体(如飞机,舰船,汽车建筑物等)尺寸相对要小得多,或在同一量级上。使得微波的特点与几何光学相似,即所谓的似光性。因此使用微波工作,能使电路元件尺寸减小;使系统更加紧凑;可以制成体积小,波束窄方向性很强,增益很高的天线系统,接受来自地面或空间各种物体反射回来的微弱信号,从而确定物体方位和距离,分析目标特征。 由于微波波长与物体(实验室中无线设备)的尺寸有相同的量级,使得微波的特点又与声波相似,即所谓的似声性。例如微波波导类似于声学中的传声筒;喇叭天线和缝隙天线类似与声学喇叭,萧与笛;微波谐振腔类似于声学共鸣腔非电离性 微波的量子能量还不够大,不足与改变物质分子的内部结构或破坏分子之间的键。再有物理学之道,分子原子核原子核在外加电磁场的周期力作用下所呈现的许多共振现象都发生在微波范围,因而微波为探索物质的内部结构和基本特性提供了有效的研究手段。另一方面,利用这一特性,还可以制作许多微波器件。信息性

RLC串联谐振频率及其计算公式

R L C串联谐振频率及其计算公式 2009-04-21 09:51 串联谐振是指所研究的串联电路部分的电压和电流达到同相位,即电路中电感的感抗和电容的容抗在数值上时相等的,从而使所研究电路呈现纯电阻特性,在给定端电压的情况下,所研究的电路中将出现最大电流,电路中消耗的有功功率也最大. 1. 谐振定义:电路中L、C 两组件之能量相等,当能量由电路中某一电抗组件释 出时,且另一电抗组件必吸收相同之能量,即此两电抗组件间会产生一能量脉动。 2. 电路欲产生谐振,必须具备有电感器L及电容器C 两组件。 3. 谐振时其所对应之频率为谐振频率(resonance),或称共振频率,以f r表示之。 4. 串联谐振电路之条件如图1所示:当Q=Q I2X L = I2 X C也就是 X L =X C 时,为R-L-C 串联电路产生谐振之条件。 图1 串联谐振电路图 5. 串联谐振电路之特性: (1) 电路阻抗最小且为纯电阻。即Z =R+jX L jX C=R (2) 电路电流为最大。即 (3) 电路功率因子为1。即 (4) 电路平均功率最大。即P=I2R (5) 电路总虚功率为零。即Q L=Q C Q T=Q L Q C=0 6. 串联谐振电路之频率: (1) 公式:

(2) R - L -C 串联电路欲产生谐振时,可调整电源频率f 、电感器L 或电容器C 使其达到谐振频率f r ,而与电阻R完全无关。 7. 串联谐振电路之质量因子: (1) 定义:电感器或电容器在谐振时产生的电抗功率与电阻器消耗的平均功率 之比,称为谐振时之品质因子。 (2) 公式: (3) 品质因子Q值愈大表示电路对谐振时之响应愈佳。一般Q值在10~100 之间。 8. 串联谐振电路阻抗与频率之关系如图(2)所示: (1) 电阻R 与频率无关,系一常数,故为一横线。 (2) 电感抗X L=2 π fL ,与频率成正比,故为一斜线。 (3) 电容抗与频率成反比,故为一曲线。 (4) 阻抗Z = R+ j(X L X C) 当 f = f r时,Z = R 为最小值,电路为电阻性。 当f >f r时,X L>X C,电路为电感性。

微波测量复习题

微波测量复习题 1.表征微波信号的三个重要基本参数,简要阐述微波测量与低频电子电路测量的区别和联 系。 (1)功率、频率、阻抗。 (2) ①低频电子电路的几何尺寸通常远小于工作波长,属于集中参数电路。便于测量的电压电流和频率是基本测试量。 微波元器件的几何尺寸通常和工作波长相比拟,属于分布参数电路。功率,频率和阻抗是基本测试量。 ②非TEM波传输线系统中电压、电流的定义失去了唯一性,如单导体传输线波导-模式 电压,模式电流。而在TEM波传输线系统工作于主模且在行波条件下,行波电压V、电流I和传输功率P仍满足与低频电路相同关系式。 ③它们在测量任务测量方法和测量仪器方面都有所不同。 2.测量的基本要素与之间互动关系 被测对象、测量仪器、测量技术、测量人员和测量环境 测量过程—基本要素之间的互动关系: 1制定出测试策略(测量算法)和操作步骤(测试程序) 2选择测试仪器,组建测试系统。 3分析测量误差并显示测量出结果。 3.什么是测量环境,举例说明 测量环境是指测量过程中人员、对象和仪器系统所处空间的一切物理和化学条件的总和。比如温度、湿度、力场、电磁场、辐射、化学气雾和粉尘,霉菌以及有关电磁量(工作电压、源阻抗、负载阻抗、地磁场、雷电等)的数值、范围及其变化。 4.测量误差来源有哪些? (1)测量对象变化误差(对应测量基本要素)(2)仪器误差(3)理论误差和方法误差(4)人身误差(5)环境影响误差 5.计量与测量的关系 ?计量的任务是确定测量结果的可靠性。 ?计量是测量的基础和依据。 ?没有计量,也谈不上测量。 ?测量发展的客观需要才出现了计量。 ?测量是计量应用的重要途径。 ?没有测量,计量将失去价值 6.微波信号源的主要性能指标与含义 微波信号源就是产生微波信号的装置,又称为微波信号发生器。 主要性能指标:频率特性,输出特性,调制特性。 (1)频率特性--频率范围,频率的准确度和稳定度,频率分辨率,频率切换时间,频谱纯度。 (2)输出特性--输出电平,电磁兼容性,输出电平的稳定度、平坦度、准确度 (3)调制特性--让微波信号的某个参数值随外加控制信号而改变 *微波三极管的主要特征是利用静电控制原理控制交变电子流的大小,来实现信号产生和放大的功能。这种控制是借助改变控制栅极电压,影响阴极附近的电场来实现的。

LCR串联谐振电路基础知识

LCR串联谐振电路基础知识 1. 谐振定义:电路中L、C 两组件之能量相等,当能量由电路中某一电抗组件释出时,且另一电抗组件必吸收相同之能量,即此两电抗组件间会产生一能量脉动。 2. 电路欲产生谐振,必须具备有电感器L及电容器C 两组件。 3. 谐振时其所对应之频率为谐振频率(resonance),或称共振频率,以f r表示之。 4. 串联谐振电路之条件如图1所示:当Q=Q ?I2X L = I2 X C也就是X L =X C时,为R-L-C串联电路产生谐振之条件。 图1 串联谐振电路图 5. 串联谐振电路的特性: (1) 电路阻抗最小且为纯电阻。即Z =R+jX L?jX C=R (2) 电路电流为最大。即 (3) 电路功率因子为1。即 (4) 电路平均功率最大。即P=I2R (5) 电路总虚功率为零。即Q L=Q C?Q T=Q L?Q C=0 6. 串联谐振电路频率计算公式: (1) 公式: (2) R - L -C串联电路欲产生谐振时,可调整电源频率f 、电感器L 或电容器C 使其达到谐振频率f r,而与电阻R完全无关。 7. 串联谐振电路品质因子(Q值): (1) 定义:电感器或电容器在谐振时产生的电抗功率与电阻器消耗的平均功率

之比,称为谐振时之品质因子。 (2) Q值计算公式: (3) 品质因子Q值愈大表示电路对谐振时之响应愈佳。一般Q值在10~100 之间。 8. 串联谐振电路阻抗与频率之关系如图(2)所示: (1) 电阻R 与频率无关,系一常数,故为一横线。 (2) 电感抗X L=2 πfL ,与频率成正比,故为一斜线。 (3) 电容抗与频率成反比,故为一曲线。 (4) 阻抗Z = R+ j(X L?X C) 当f = f r时,Z = R 为最小值,电路为电阻性。 当f > f r时,X L>X C,电路为电感性。 当f <fr时,X L<X C,电路为电容性。 当f = 0或f = ∞时, Z = ∞ ,电路为开路。 (5) 若将电源频率f由小增大,则电路阻抗Z 的变化为先减后增。 9. 串联谐振电路之选择性如图(3)所示: (1) 当f = f r时, ,此频率称为谐振频率。 (2) 当f = f1或f 2时, ,此频率称为旁带频率、截止频率或半功率频率。

微波测量实验报告一

近代微波测量实验报告一 姓名:学号: 学院:时间:年月 一实验名称 频谱仪的使用及VCO测量 二实验目的 了解频谱仪原理,熟悉频谱仪的参数设置及使用方法;掌握信号频率、功率、相位噪声和谐波的测试方法。 三实验内容 1、点频信号测试 测试信号源输出点频信号1GHz的二次和三次谐波抑制比(输出功率分别为-20dBm和20dBm),测试信号的相噪(@10KHz、@100KHz、@1MHz),考察仪器分辨力带宽、视频带宽等设置对测试结果的影响; 2、VCO测试 测试VCO的输出频率范围、输出功率(包括对应的控制电压),测试某频率点的相噪(@1MHz)和二次、三次谐波抑制比。 四实验器材 RS公司SMBV信号源、FSL6频谱仪、APS3005S直流稳压电源、VCO、微波同轴电缆、微波转接头。 五实验原理及实验步骤 相位噪声:在频域内,一个理想正弦波信号的表现是一个单谱线;实际信号除了主信号之外还包括一些离散的谱线,它们是随机的幅度和相位的抖动,在正常信号的左右两边以边带调制的形式出现。在频域内信号的所有不稳定度总和表现为载波两侧的噪声边带,边带噪声是一个间接的测量与射频信号功率频谱相关噪声功率的指标。边带噪声可以表述为调频边带噪声和调幅边带噪声。大多数的被相位噪声测试系统测量信号的调幅边带功率相对调频边带功率来说都很小,所以对大多数信号来说测量的边带噪声就是调频边带噪声(即相位噪声也称单边带相位噪声)。它的定义为1Hz带宽内相位调制边带的功率和信号总功率的比值,

单位为dBc/Hz。在信号频谱分析仪上,边带噪声是相位噪声和幅度噪声的总和,通常当已知调幅噪声远小于相位噪声时(小于10dB以上),在频谱仪上读出的边带噪声即为相位噪声。 实验步骤 a)设置矢量信号源,分别产生产生频率为1GHz,功率为20dBm和-20dBm 的正弦信号; b)连接信号源与频谱仪; c)设置频谱分析仪,设置中心频率为1GHz,通过调整Res BW和Video BW, 显示被测信号; d)测试在偏离信号10KHz、100KHz、1MHz时的相位噪声; e)调整频谱仪起始、终止频率或带宽使得屏幕足够显示频率为1GHz信号 的二次和三次谐波; f)通过Mkr键选择Delta设置,测量并标示出二次谐波和三次谐波抑制比; g)关闭矢量信号源,连接直流稳压电源、VCO及频谱分析仪; h)通过调节直流稳压电源的电压大小,在频谱仪上观察信号的频率和输出 功率的变化,记录下最大和最小功率,可得VCO的输出频率范围; i)选定频率点:控制电压7.4V,输出功率14.38dBm,频率1.502817GHz, 测试该频率点的相噪(@1MHz)和二次、三次谐波抑制比。 六实验结果 1、点频信号测试数据及图片 数据图片: a)输入功率为20dBm时 二次、三次谐波抑制比

用谐振腔微扰法测量微波介质特性 2

用谐振腔微扰法测量微波介质特性 微波技术中广泛使用各种微波材料,其中包括电介质和铁氧体材料。微波介质材料的介电特性的测量,对于研究材料的微波特性和制作微波器件,获得材料的结构信息以促进新材料的研制,以及促进现代尖端技术(吸收材料和微波遥感)等都有重要意义。 本实验是采用反射式矩形谐振腔用微扰法来测量微波介质特性的。反射式谐振腔是把一段标准矩形波导管的一端加上带有耦合孔的金属板,另一端加上封闭的金属板,构成谐振腔,它具有储能、选频等特性。而微扰法则是通过分析腔体的微小变形对谐振频率的影响,来测量谐振腔的一些主要参数的,它不仅对加深谐振腔的理解有帮助,而且在谐振腔的设计和调试中也有实际的应用。 2.1 实验目的 1.了解谐振腔的基本知识。 2.学习用谐振腔法测量介质特性的原理和方法 实验原理: 一、谐振腔的基本知识 谐振腔是在微波频率下工作的谐振元件,它是一个任意形状的导电壁(或导磁壁)包围的,并能在其中形成电磁振荡的介质区域,它具有储存电磁能及选择一定频率信号的特性。 1、谐振腔的基本参数 谐振腔通常采用谐振频率0f (或谐振波长0λ)、品质因数0Q 及等效电导0G 作为它的基本参数。 (1) 谐振频率0f (或谐振波长0λ) 谐振频率描述电磁能量在谐振腔中的运动规律。它是指在谐振腔中激起的电磁振荡的工作频率(或工作波长)。比较普遍的求解谐振频率的方法是“场分析的方法”,它从求解谐振腔的电磁场边值问题入手,导出谐振频率或波长。 从电磁场理论可知,在自由空间中,电磁场满足的波动方程及边界条件为 02 2 =+?E k E 0=?E n 02 2 =+?H k H 0=?H n 1 式中,2 2022022βγμεω+?? →?-==k k k 无耗,μ、ε为谐振腔中介质参数,n 是由腔壁导体指向外的法向单位矢量,k 是与谐振腔的几何形状、尺寸及波型有关的数值。在谐振腔内满足式1的电磁场对应于一系列的确定的n k 值(称为本征值)。即 εμ?0n n k = 2 或 εμ π20n n k f = 3

LC固有频率计算公式

Q=wL\R=2πfL\R(因为w=2πf)=1/wCR=1/2πfCR 1. LC并联谐振电路最常见的应用是构成选频电路或选频放大器; 2. LC串联谐振电路最主要用来构成吸收电路,用来构成在众多频率信号中将某一频率信号进行吸收,也就是进行衰减,将某一频率信号从众多频率中去掉; 3. LC并联谐振电路还可用来构成阻波电路,即从众多频率中阻止某一频率信号通过放大器或其他电路; 4. LC并联谐振电路还可以构成移相电路,用来对信号相位进行超前或滞逅移动。 a. 无论是LC并联谐振还是LC串联谐振电路,其频率的计算公式相同,谐振频率又称固有频率,或自然频率。f0=1/(2*pi*sqrt(L1*C1)); b. 品质因数Q值——衡量LC谐振电路振荡质量的重要参数。Q=(2*pi*f0*L1)/R1,R1为线圈L1的直流电阻,L1为谐振电路中电感; ①频点分析:输入信号频率等于该电路谐振电路谐振频率时,LC并联谐振电路发生谐振,此时谐振电路的阻抗达到最大,并且为纯阻性,Z0=Q*Q*R1,Q为品质因数,R1为线圈L1的直流电阻; ②高频段分析:输入信号频率高于谐振频率f0时,LC谐振电路处于失谐状态,电路阻抗下降; ③低频段分析:输入信号频率低于谐振电路f0时,LC并联谐振电路也处于失谐状态,谐振电路的阻抗也要减小。 信号频率低于谐振频率时,LC并联谐振电路的阻抗呈感性电路等效成一个电感(但不等于L1)。

1. 谐振定义:电路中L、C两组件之能量相等,当能量由电路中某一电抗组件释出时,且另一电抗组件必吸收相同之能量,即此两电抗组件间会产生一能量脉动。 2. 电路欲产生谐振,必须具备有电感器L及电容器C两组件。 3. 谐振时其所对应之频率为谐振频率(resonance),或称共振频率,以f r表示之。 4. 串联谐振电路之条件如图1所示:当Q=Q ?I2X L = I2 X C也就是 X L =X C时,为R-L-C串联电路产生谐振之条件。 图1 串联谐振电路图 5. 串联谐振电路之特性: (1) 电路阻抗最小且为纯电阻。即Z =R+jX L?jX C=R (2) 电路电流为最大。即 (3) 电路功率因子为1。即 (4) 电路平均功率最大。即P=I2R (5) 电路总虚功率为零。即Q L=Q C?Q T=Q L?Q C=0 6. 串联谐振电路之频率: (1) 公式: (2) R - L -C串联电路欲产生谐振时,可调整电源频率f 、电感器L 或电容器C 使其达到谐振频率f r,而与电阻R完全无关。 7. 串联谐振电路之质量因子: (1) 定义:电感器或电容器在谐振时产生的电抗功率与电阻器消耗的平均功率

微波技术实验报告

微波技术实验指导书目录 实验一微波测量仪器认识及功率测量 实验目的 (1)熟悉基本微波测量仪器; (2)了解各种常用微波元器件; (3)学会功率的测量。 实验内容 一、基本微波测量仪器 微波测量技术是通信系统测试的重要分支,也是射频工程中必备的测试技术。它主要包括微波信号特性测量和微波网络参数测量。 微波信号特性参量主要包括:微波信号的频率与波长、电平与功率、波形与频谱等。微波网络参数包括反射参量(如反射系数、驻波比)和传输参量(如[S]参数)。 测量的方法有:点频测量、扫频测量和时域测量三大类。所谓点频测量是信号只能工作在单一频点逐一进行测量;扫频测量是在较宽的频带内测得被测量的频响特性,如加上自动网络分析仪,则可实现微波参数的自动测量与分析;时域测量是利用超高速脉冲发生器、采样示波器、时域自动网络分析仪等在时域进行测量,从而得到瞬态电磁特性。 图1-1 是典型的微波测量系统。它由微波信号源、隔离器或衰减器、定向耦合器、波长/频率计、测量线、终端负载、选频放大器及小功率计等组成。 图 1-1 微波测量系统 二、常用微波元器件简介 微波元器件的种类很多,下面主要介绍实验室里常见的几种元器件: (1)检波器(2)E-T接头(3)H-T接头(4)双T接头 (5)波导弯曲(6)波导开关(7)可变短路器(8)匹配负载 (9)吸收式衰减器(10)定向耦合器(11)隔离器 三、功率测量 在终端处接上微波小功率计探头,调整衰减器,观察微波功率计指示并作相应记录。 微波元器件的认识 螺钉调配器 E-T分支与匹配双T 波导扭转 匹配负载 波导扭转 实验总结:在实验中我们认识了各种的微波元器件,让我们更好的理解课本上的知识,更是为了以后的实验做了准备。 实验二测量线的调整与晶体检波器校准 实验目的

详解滤波电容的选择及计算

电源滤波电容的选择与计算 电感的阻抗与频率成正比,电容的阻抗与频率成反比.所以,电感可以阻扼高频通过,电容可 以阻扼低频通过.二者适当组合,就可过滤各种频率信号.如在整流电路中,将电容并在负载 上或将电感串联在负载上,可滤去交流纹波.。电容滤波属电压滤波,是直接储存脉动电压来平滑输出电压,输出电压高,接近交流电压峰值;适用于小电流,电流越小滤波效果越好。电感滤波属电流滤波,是靠通过电流产生电磁感应来平滑输出电流,输出电压低,低于交流电压有效值;适用于大电流,电流越大滤波效果越好。电容和电感的很多特性是恰恰相反的。 一般情况下,电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号,但即使是低频信号,其频率也分为了好几个数量级。因此为了适合在不同频率下使用,电解电容也分为高频电容和低频电容(这里的高频是相对而言)。 低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波,其工作频率与市电一致为50Hz;而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波,其工作频率为几千Hz到几万Hz。当我们将低频滤波电容用于高频电路时,由于低频滤波电容高频特性不好,它在高频充放电时内阻较大,等效电感较高。因此在使用中会因电解液的频繁极化而产生较大的热量。而较高的温度将使电容内部的电解液气化,电容内压力升高,最终导致电容的鼓包和爆裂。 电源滤波电容的大小,平时做设计,前级用4.7u,用于滤低频,二级用0.1u,用于滤高频,4.7uF的电容作用是减小输出脉动和低频干扰,0.1uF的电容应该是减小由于负载电流瞬时变化引起的高频干扰。一般前面那个越大越好,两个电容值相差大概100倍左右。电源滤波,开关电源,要看你的ESR(电容的等效串联电阻)有多大,而高频电容的选择最好在其自谐振频率上。大电容是防止浪涌,机理就好比大水库防洪能力更强一样;小电容滤高频干扰,任何器件都可以等效成一个电阻、电感、电容的串并联电路,也就有了自谐振,只有在这个自谐振频率上,等效电阻最小,所以滤波最好! 电容的等效模型为一电感L,一电阻R和电容C的串联, 电感L为电容引线所至,电阻R代表电容的有功功率损耗,电容C. 因而可等效为串联LC回路求其谐振频率,串联谐振的条件为WL=1/WC,W=2*PI*f,从而得到此式子f=1/(2pi*LC).,串联LC回路中心频率处电抗最小表现为纯电阻,所以中心频率处起到滤波效果.引线电感的大小因其粗细长短而不同,接地电容的电感一般是1MM为10nH左右,取决于需要接地的频率.

微波的光特性

微波的光特性 微波技术是近代发展起来的一门新兴学科,在国防、通讯、工业、农业,以及材料科学中有着广泛应用。随着社会向信息化、数字化的迈进,微波作为无线传输信息的技术手段,将发挥更为重要的作用。特别在天体物理,射电天文、宇航通信等领域,具有别的方法和技术无法取代的特殊功能。 微波有“似光性”,用可见光、X光观察到的反射、干涉和衍射现象都可以用微波再现出来,对于微波的波长为0.01m量级的电磁波,用微波设备作波动实验要显得形象、直观,更容易理解,通过观测微波的反射干涉、衍射及偏振等现象,能加深理解微波和光都是电磁波,都具有波动这一共同性。 一、微波的特性及应用 1.微波的特性 什么是微波?微波是波长很短(也就是频率很高)的电磁波,一般把波长从1 米到1毫米,频率在300—300000MHZ范围内的电磁波称作微波。广义的微波包括波长从10米到10微米(频率从30MHZ到30THZ)的电磁波。微波具有以下特点。 (1)波长短:它不同于一般的无线电波,因微波波长短到毫米,它具有类似光一样有直线传播性质。 (2)频率高:微波已成为一种电磁辐射,趋肤效应、辐射损耗相当严重。所以在研究微波问题时要采用电磁场和电磁波的概念和方法。不能采用集中参数元件。需要采用分布参数元件,如波导、谐振腔、测量线等。测量的量是驻波比,频率。特性阻抗等。 (3)量子特性:在微波波段,电磁波每个量子的能量范围约为10-6~10-3eV。许多原子和分子发射和吸收的电磁波能量正好处于微波波段内,人们正是利用这

一特点研究分子和原子的结构,发展了微波波谱学、量子电子学等新兴学科,并研制了量子放大器、分子钟和原子钟。 (4)能穿透电离层:微波可以畅通无阻地穿过地球周围的电离层,是进行卫星通信,宇航通信和射电天文学研究的一种有效手段。 基于微波具有上述特点,微波作为一门独立学科得到人们的重视,获得迅速的发展。 2.微波的应用 (1)雷达与通信 微波的早期发展与雷达密切相关:利用微波直线传播的特性,可制成军用的如超远程预警雷达,相控阵雷达。民用的气象雷达,导航雷达等。 在通信方面,微波的可用频带很宽,信息容量大,现代移动通信和卫星通信中都在微波波段。 (2)受邀辐射原理——频标、计量标准 在微波波谱学深入研究的基础上,1957年根据受激辐射原理发明了微波受激辐射放大器,即“脉塞”(MASER),这就是大家知道的量子放大器。1960年发明了光受激辐射放大器,即“莱塞”(LASER)这就是激光器。激光的发明,是本世纪科学技术上的一个重大突破,但是追根寻源,不难看出激光器的发明只是将微波技术中的(受激辐射原理)成果(量子放大器)“移植”到可见光波段的一项新成就。 量子频率标准(原子钟)是利用波谱学成就制作的精确时间频率测量设备,目前量子频标的频率稳定度和准确度已分别达到10-14和10-15的数量级,在精确测量频率的基础上,物理学理论如量子电动力学和广义相对论所预言的某些效应,兰姆(Lamb)移位,电子反常磁矩、引力“红移”和引力波等已得到验证。

电抗滤波器的谐振频率如何计算

关于电抗滤波器的问题,为什么在7%时189Hz时形成谐振?如何计算的? 今天一个厂家来做产品推荐,当谈到电抗滤波器抑制流经电容器的谐波电流时,突然想从理论计算出为何电抗为电容的7%时,形成谐振,而此时的频率F0=189Hz。但是我发现凭我的能力算不出来。麻烦会的朋友告诉我这个计算过程,现在很纠结这个问题。一个所有样本上写出的东西是如何计算得出的。 我现在就知道f=/(2x3.14x(LC)^2)。再往后如何计算啊? 问厂家的技术人员,他们也不能推导出整个过程,后来老总说你自己回去推倒吧。算了半天还是算不出来,睡不着觉了。 没人回答吗?我查了一晚上文献,终于明白自己错在哪了。 所谓的7%是指电抗与电容器的有名值比,即感抗/容抗,单位都应该是欧姆。而我一直是按照电感与电容来推导的,单位都不一样(H和F),根本不是一个概念。 正确的推导应该是:XL为基波下(即50Hz)电抗器的感抗,Xc为基波下电容器的容抗,假设n次谐波发生谐振,则nXL=Xc/n(XLn=2π n f0 L,Xcn=1/(2π n f0 C),导出n=√(Xc/XL)=√(1/0.07)=3.78,即3.78x50=189Hz时发生谐振。 或者说,7%是指基波电流下感抗与容抗的比值,f0=50Hz。从这个角度出发,也可以通过f=/(2x3.14x(LC)^2)推导,只要把(XLn=2π n f0 L,Xcn=1/(2π n f0 C)搞懂就行。另外推荐大家看看《串联电抗器抑制谐波的作用及电抗率的选择》,对谐波治理以及无功补偿能有一个数学模型上的认识。 看来我还是对基础概念有混淆,相信有部分和我一样年轻的工程师也有这个问题,希望大家以我为戒。弄清这个问题实际上对做工程没有太大意义,因为样本上已经把想处理几次谐波选择多大的电抗器给出来,只要查数据就行了。只是我这个人有些偏执狂,如果弄不懂一个非常想知道的问题就睡不着觉。 另外,这个论坛要是能贴mathtype的公式就好了,否则写的麻烦,看的也麻烦。

微波测量系统调试与频率测量

实验B1 微波测量系统调试与频率测量 【实验目的】 1.了解微波测量系统的基本组成,学会一般的调试方法。 2.了解反射速调管微波信号源原理及特性,掌握调整参数使微波源实现最佳工作状态的方法。 3.了解微波谐振腔的基本特性,掌握测量谐振腔的谐振频率和品质因数的基本方法。 4.学会用谐振腔波长表测量微波频率。 【实验原理】 一.微波测量系统 微波测量系统通常由等效电源、测量装置、指示仪器三部分组成。微波等效电源部分即微波发送器,包括微波信号源、工作状态(频率、功率等)监视单元、隔离器等。测量装置部分也称测量电路,包括测量线、调配元件、待测元件、辅助器件(如短路器、匹配负载等)以及电磁能量检测器(如晶体检波架、功率插头等)。测量指示仪器是显示测量信号特性的仪表,如直流电流表、测量放大器、选频放大器、功率计、示波器、数字频率计等。 二.反射速调管微波信号源 微波信号源有许多类型,本实验中使用的是反射式速调管信号源 1.反射速调管的工作原理 反射式速调管有阴极、阳极(谐振腔)、反射极三个电 极,结构原理如图2所示。阴极发射电子;阳极利用耦合环和同轴线输出微波功率;反射极用以反射电子。由阴极发出电子束,受直流电场加速后,进入谐振腔。电子以不同的速度从谐振腔飞出来而进入反射极空间。在谐振腔和反射极间的直流排斥电场,使电子未飞到反射极就停下来,反射回谐振腔。 2.反射式速调管的工作特性和工作状态 在一定条件下,反射式速调管的功率和频率特性曲线如图3所示。 (1)反射式速调管只有在某些特定的反射极电压值才能振荡。有振荡输出功率的区域叫做速调管的振荡模,用n 表示震荡模的序号。 (2)对于振荡模,当反射极电压V R 变化时,速调管的输出功率P 和振荡频率f 都随之变化。 (3)输出功率最大的振荡模叫最佳振荡模(图3中n =3的振荡模)。 (4)各个振荡模的中心频率f 0相同通常称为速调管的工作频率。 通常调整速调管的振荡频率有电子调谐和机械调谐两种方法。可利用反射极电压的变化无惯性的进行频率调节,这种方法称为“电子调谐”。如果要在比较大的范围内改变速调管的振荡频率,采用“机械调谐”的方法,改变腔体的固有谐振频率。 反射式速调管的工作状态一般有三种:连续振荡状态、方波调幅状态、锯齿波调频状态。 图2 反射式速调管的结构原理

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