1、常用波導(dǎo)器件 基礎(chǔ)知識(shí)1.駐波測(cè)量線測(cè)量線又叫駐波測(cè)量?jī)x(standingwave detecktor)，是用來(lái)測(cè)量波導(dǎo)中駐波分布規(guī)律的儀器。駐波測(cè)量線可分為兩類：一類是電場(chǎng)測(cè)量，另一類是磁場(chǎng)測(cè)量，目前廣泛應(yīng)用的是第一類。應(yīng)用電場(chǎng)測(cè)量原理設(shè)計(jì)的駐波測(cè)量線的結(jié)構(gòu)如圖3-22所示。它的主要組成都分有：一段開(kāi)槽波導(dǎo)、探頭裝置(包括探針、檢波晶體、調(diào)諧活塞)、探頭移動(dòng)機(jī)構(gòu)和位置測(cè)量裝置等。開(kāi)槽部位應(yīng)恰在矩形波導(dǎo)寬壁中心線上，開(kāi)槽要足夠窄(一般為2.5-3.5mm適宜)，有幾個(gè)半波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，槽的兩端成楔形或漸變線形。探針插入槽中深度可調(diào)。沿槽可移動(dòng)的探針與波導(dǎo)中的波靠電場(chǎng)耦合。由于探針與電場(chǎng)平行，電場(chǎng)的

2、變化在探針上感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)（其大小正比于該處場(chǎng)強(qiáng)）經(jīng)晶體二極管檢波，檢波電流流過(guò)指示器回到同軸探頭外導(dǎo)體成一閉合回路，指示器讀數(shù)表示出沿槽線分布的場(chǎng)強(qiáng)大小。由平行于槽的標(biāo)尺讀數(shù)表示出場(chǎng)強(qiáng)大小的位置，從而測(cè)得駐波比，駐波相位，波導(dǎo)波長(zhǎng)。指示器一般用光標(biāo)檢流計(jì)、微安表或選頻放大器。若用選頻放大器，可直接讀出駐波比，但必須注意這時(shí)的微波訊號(hào)源要加方波調(diào)制，并且注意晶體檢波律，使輸至晶體的訊號(hào)電平保持在平方律檢波范圍內(nèi)，否則測(cè)出的駐波比將失去意義。為了提高測(cè)量的靈敏度，在測(cè)量前需要調(diào)節(jié)同軸探頭中的調(diào)諧活塞及探針深度，消除由于探針插入開(kāi)槽波導(dǎo)引起的不匹配，使檢波晶體輸出最大：將探針置于駐波腹點(diǎn)，調(diào)節(jié)調(diào)諧活

3、塞及探針插入深度(一般取窄邊b的510適宜)，使指示器的指針偏轉(zhuǎn)在滿刻度附近(若指示器指針偏轉(zhuǎn)較小，則需增大微波輸出功率)。調(diào)節(jié)微波系統(tǒng)匹配，須將探針置于駐波極小點(diǎn)或極大點(diǎn)處，采用把調(diào)大或把調(diào)小的方法進(jìn)行調(diào)配。如果把探針?lè)旁跇O小點(diǎn)處，調(diào)節(jié)接在測(cè)量線終端的調(diào)配器，使探針的輸出功率稍微增大(不要增大太多，否則會(huì)發(fā)生假象波形移動(dòng)，這時(shí)極小點(diǎn)功率并不增大)，然后左右移動(dòng)探針，看看極小點(diǎn)功率是否真正增大。這樣反復(fù)調(diào)節(jié)調(diào)配器，使極小點(diǎn)功率逐漸增大，直至達(dá)到最佳匹配狀態(tài)(駐波比s1)。2.全匹配負(fù)載全匹配負(fù)載一般作成波導(dǎo)段的形式，其終端短接，并包含有一些安置在電場(chǎng)平面內(nèi)的吸收片。把片子做成特殊的劈形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)

4、它們與波導(dǎo)間的匹配(如圖3-23)。這樣就保證了由沒(méi)有吸收材料的波導(dǎo)向有吸收器的波導(dǎo)逐漸過(guò)渡。片子的材料是涂覆有金屬的碎末(例如鉑金)薄層的電介質(zhì)(玻璃，瓷膠紙板等)，或者用炭層涂覆，表面電阻的大小根據(jù)匹配條件用實(shí)驗(yàn)方法選擇。對(duì)于波導(dǎo)吸收器，直流測(cè)量的表面電阻的最佳值為數(shù)百歐姆。斜面的長(zhǎng)度用實(shí)驗(yàn)方法確定，使其聾盡可能寬的頻帶內(nèi)能得到最小駐波比，通常劈的長(zhǎng)度等于或大于半波長(zhǎng)。3.可變衰減器衰減器是用來(lái)衰減微波的功率電平，也可以作為負(fù)載與信號(hào)源間的去耦元件。由于波導(dǎo)管內(nèi)各處微波電場(chǎng)強(qiáng)弱不同，因而改變衰減片在波導(dǎo)管中所處的位置，即可得到不同的衰減量。衰減片是由玻璃葉片(或其他介質(zhì)片)噴涂鎳鉻合金(或

5、石墨)的電阻性薄層制成。在矩形波導(dǎo)中，吸收式衰減器的結(jié)構(gòu)如圖3-24所示。矩形波導(dǎo)中的波電場(chǎng)沿y方向線極化，將一兩端修尖的衰減片放入波導(dǎo)，平行于y-z平面(見(jiàn)圖3-24（a）)。若介質(zhì)片處在波導(dǎo)寬壁中央(ey最大)，在介質(zhì)片的導(dǎo)電薄膜內(nèi)激勵(lì)起的高頻電流最大，因而歐姆損耗最大，于是對(duì)微波功率的衰減也最大。當(dāng)介質(zhì)片接近波導(dǎo)側(cè)壁時(shí)(比如x=0處)，則=0，則導(dǎo)電薄膜內(nèi)將不會(huì)激起高頻電流，因而微波功率不被吸收，衰減量最小(近于零)。為了改變這個(gè)有損耗的介質(zhì)片在波導(dǎo)中的x向位置，采用兩個(gè)金屬桿帶動(dòng)介質(zhì)片沿軸移動(dòng)，因?yàn)榧?xì)金屬桿與電場(chǎng)正交，故不會(huì)在桿中激勵(lì)起高頻電流，因而不改變波導(dǎo)中場(chǎng)的分布。衰減片也可以做

6、成刀形，由矩形波導(dǎo)寬壁中央插入見(jiàn)圖3-24(b)，改變其插入深度，改變衰減量。衰減量常以分貝(db)為單位計(jì)算，以db為單位的傳輸衰減定義為(3-45)式中表示入射功率，a表示傳輸功率。x波段bd-20-2型吸收式可變衰減器的可變范圍約為0.6-30db，有的衰減量可達(dá)0-50db。4隔離器隔離器是一種不可逆的衰減器，在正方向(或需要傳輸?shù)姆较蛏?它的衰減量(或插入損耗)很小，約0.ldb左右，反方向的衰減量則很大，達(dá)幾十db，兩個(gè)方向的衰減量之比為隔離度。若在微波源后面加隔離器，它對(duì)輸出功率的衰減量很小，但對(duì)于負(fù)載反射回來(lái)的反射波衰減量很大。這樣，可以避免因負(fù)載變化使微波源的頻率及輸出功率發(fā)

7、生變化，即在微波源和負(fù)載間起到隔離作用。微波隔離器一般由鐵氧體材料做成，因工作原理不同分為兩大類，一類是諧振式，另一類是場(chǎng)移式的，前者用于中功率和大功率方面，后者應(yīng)用在小功率方面。實(shí)驗(yàn)室多用場(chǎng)移式隔離器，原理如下：場(chǎng)移式隔離器結(jié)構(gòu)如圖3-25（a）所示。在波導(dǎo)中平行于窄邊壁而距這窄邊壁一定距離處放置一片鐵氧體(它的右側(cè)面上有一衰減片)，波導(dǎo)外面有一“u”形永久磁鐵，提供鐵氧體一恒定磁場(chǎng)h。這樣，原來(lái)在空波導(dǎo)里傳輸?shù)牟ㄐ?，發(fā)生了一個(gè)移動(dòng)，場(chǎng)型發(fā)生了變化，即出現(xiàn)了場(chǎng)移。場(chǎng)移具有不可逆性，就是這個(gè)鐵氧體對(duì)兩個(gè)方向傳輸?shù)牟ㄐ退a(chǎn)生的場(chǎng)移作用不同，例如在波導(dǎo)里，它對(duì)一個(gè)方向傳輸?shù)牟ㄐ陀信懦獾淖饔谩?duì)另一

8、方面的則有吸引的作用(見(jiàn)圖3-25(b)。這是由于加恒定磁場(chǎng)的鐵氧體對(duì)橫向圓極化微波磁場(chǎng)表現(xiàn)出的高頻磁導(dǎo)率的不可逆性引起的。鐵氧體是一種亞鐵磁性物質(zhì)，電阻率很高，性狀似陶瓷。它在常溫下具有自發(fā)磁化，自發(fā)磁化的磁矩m在外場(chǎng)h中便繞h進(jìn)動(dòng)，于是有一個(gè)垂直于h的圓極化的磁矩分量m存在著(見(jiàn)圖3-26)。m的進(jìn)動(dòng)頻率隨|h|的增大而增加(，為旋磁比)。如有一橫向圓極化微波場(chǎng)同時(shí)作用于這個(gè)鐵氧體，實(shí)驗(yàn)和理論分析都證明鐵氧體的高頻磁化的頻率響應(yīng)特性與這個(gè)固有的進(jìn)動(dòng)的存在有密切的關(guān)系，大致說(shuō)來(lái)其性質(zhì)是，在圓極化微波磁場(chǎng)作用下，若極化方向與m圓極化方向一致(相對(duì)h為右旋波或正圓偏振波)，則鐵氧體對(duì)于這種微波磁

9、場(chǎng)有共振特性，即在微波磁場(chǎng)頻率等于m進(jìn)動(dòng)頻率時(shí)()，高頻導(dǎo)磁率在這個(gè)h值兩邊變號(hào)(達(dá)到極大值)，在較低磁場(chǎng)的某一h值之下，會(huì)過(guò)零值(見(jiàn)圖3-27(a)，若極化方向與m極化方向相反(相對(duì)h為左旋波或負(fù)圓偏振波，則m對(duì)微波磁場(chǎng)沒(méi)有明顯響應(yīng)，總是略大于1隨h變化十分徐緩(見(jiàn)圖3-27(b)。假若我們把鐵氧體放在圓極化波所在的位置，并令h小一些，亦即工作在低場(chǎng)區(qū)()，這樣鐵氧體對(duì)右旋波將提供負(fù)的導(dǎo)磁率(圖3-27中的場(chǎng)移區(qū))，對(duì)左旋波則提供正的導(dǎo)磁率。如果鐵氧體片的位置、厚薄、外加恒磁場(chǎng)h配合恰當(dāng)，兩個(gè)方向傳輸?shù)牟梢宰兂扇鐖D3-25(b)所示樣子。圖中，正向傳輸?shù)牟ㄊ怯倚?，是?fù)的，電磁場(chǎng)在鐵氧體里

10、傳輸比在空氣里傳輸要困難，于是被“排擠”出去，圖中所示的電場(chǎng)，它在鐵氧體的右表面電場(chǎng)強(qiáng)度為零，衰減片不衰減，最大值排向右邊。圖中正向指進(jìn)紙面(見(jiàn)圖3-26)；圖中所示的反向傳輸?shù)牟ㄊ亲笮?，是正的，電磁?chǎng)在鐵氧體里傳輸比在空氣里傳輸要容易，于是被“吸引”進(jìn)去，電場(chǎng)強(qiáng)度的最大值被吸引到了鐵氧體的右表面，衰減片產(chǎn)生衰減，衰減量可大到20-30db。5定向耦合器定向耦合器是一種有方向性的耦合功率的微波器件。它是將主波導(dǎo)中入射行波或反射行波的部分功率耦合至輔波導(dǎo)，作為功率監(jiān)視或頻率監(jiān)視等用。定向耦合器有許多種，為說(shuō)明基本原理，僅舉在波導(dǎo)寬邊(h面)開(kāi)雙孔的定向耦合器為例(結(jié)構(gòu)如圖3-28所示)。a、b

11、兩孔相隔(為中心頻率的波導(dǎo)波長(zhǎng))。由1端入射的電磁波到達(dá)4端有兩個(gè)路徑(分別通過(guò)a孔和b孔)，這兩路電磁波的場(chǎng)幅度相同，程差為半波長(zhǎng)，所以相位相反迭加以后為零，即4端無(wú)輸出(4端接全匹配負(fù)載)。當(dāng)由1端輸入到3端時(shí)，通過(guò)a孔和b孔兩路波的振幅相等路程也相同，因而到達(dá)3端時(shí)同相位，總的幅度為兩路幅度之和，這就實(shí)現(xiàn)了波的定向傳輸。定向耦合器的主要技術(shù)指標(biāo)是耦合度k，其定義為：當(dāng)電磁波由主波導(dǎo)1端輸入而其余三端口(2、3、4)均匹配時(shí)，主波導(dǎo)輸入功率p1與輔波導(dǎo)3端口輸出功率p3之比，并以db為單位，即(3-46)如果希望百分之一的功率輸送到輔波導(dǎo)正方向去，則k=20db。6晶體檢波器微波檢波系統(tǒng)采

12、用半導(dǎo)體點(diǎn)接觸二極管（稱微波二極管），外殼為高頻鋁瓷管，形狀象子彈(也有別的形狀的)，結(jié)構(gòu)如圖3-29(a)所示。晶體檢波器就是一段波導(dǎo)和裝在其中的微波二極管，結(jié)構(gòu)如圖3-29(b)所示。將微波二極管(檢波晶體)插入波導(dǎo)寬壁中心，使它對(duì)波導(dǎo)兩寬壁間的感應(yīng)電壓(與該處電場(chǎng)強(qiáng)度成正比)進(jìn)行檢波。為了獲得大的檢波信號(hào)輸出，調(diào)節(jié)后部的短路活塞位置，使它與晶體間的距離約等于，使晶體處于電場(chǎng)最大(駐波波腹)處。有的晶體檢波器，前方裝有三螺釘調(diào)配器，以便使它后面與輸入波導(dǎo)相匹配，提高檢波效率。由于檢波晶體上的電壓v與微波中的電場(chǎng)e成正比，檢流電流i與e的關(guān)系為 (3-47)式中k是一比例常數(shù)，n是大于1小于

13、2的一個(gè)數(shù)，當(dāng)e較小時(shí),n2，這是晶體的平方律區(qū)域；當(dāng)e較大時(shí)，n1，這是晶體的線性律區(qū)域。在平方律區(qū)域，晶體的檢波電流與晶體接受的微波功率成正比。7調(diào)配器調(diào)配器是用來(lái)使它后面的微波部件調(diào)成匹配。匹配就是使微波能完全進(jìn)入而一點(diǎn)也不能反射回來(lái)。常用的調(diào)配器是單螺調(diào)配器和三螺調(diào)配器。單螺調(diào)配器的結(jié)構(gòu)如圖3-30(a)所示。在波導(dǎo)寬邊中央開(kāi)一條縱向小槽，插入一個(gè)小螺釘，改變螺釘?shù)牟迦肷疃燃把夭鄣奈恢茫拖喈?dāng)于可調(diào)至任何所需的電抗。當(dāng)插入深度l/4時(shí)，它呈現(xiàn)一個(gè)等效并聯(lián)電感，大約在l為/4時(shí)發(fā)生串聯(lián)型諧振，波導(dǎo)成為短路。實(shí)際應(yīng)用上，螺釘?shù)牟迦肷疃炔灰^(guò)諧振位置圖3-30(a)中，若沿槽插入三個(gè)小螺釘

14、，則構(gòu)成三螺調(diào)配器。以上兩種僅用于功率不很大的情況。雙t接頭調(diào)配器的結(jié)構(gòu)如圖3-30(b)所示。它是由雙t接頭(e-ht形接頭)構(gòu)成的。在接頭的h臂和e臂內(nèi)各接有可動(dòng)的短路活塞。改變短路活塞在臂中的位置，便可以使系統(tǒng)獲得匹配。由于這種匹配器不妨害系統(tǒng)的功率傳輸和結(jié)構(gòu)上有某些機(jī)械的與電的對(duì)稱性，因而具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)可以使用在高功率傳輸系統(tǒng)(尤其在毫米波波段)。(2)有較寬的頻帶。(3)有很寬的駐波匹配范圍。雙t接頭調(diào)配器調(diào)節(jié)方法：在駐波不太大的情況下，先調(diào)諧e臂活塞。使駐波減至最小，然后再調(diào)諧h臂活塞，就可以得到近似的匹配(駐波比s1.10)。如果駐波較大，則需要反復(fù)調(diào)諧e臂和h臂的活塞，才

15、能使駐波比降低到很小程度(s1.02)。 8.e-t接頭e-t接頭(見(jiàn)圖3-31(a)是指支臂e的寬面與主臂(2、3)中te10波的電場(chǎng)平行，也就是分支波導(dǎo)的寬面位于主臂電場(chǎng)向量e平面的方向上。其傳輸特性是當(dāng)2、3兩端接匹配負(fù)載時(shí)，微波功率從1端輸入，平分地傳到2、3端，且在2端和3端的波相位相反。這可由e面t中電場(chǎng)，的傳播情況圖3-3l(b)看出，當(dāng)從e臂送進(jìn)波時(shí)，它將沿e臂向下傳播其電場(chǎng)遇到接頭時(shí)將彎曲，再往下傳播時(shí)，電力線被主波導(dǎo)的底面截?cái)啵雇?臂的電力線方向向下，往3臂電力線方向向上，波的功率將平分給2、3兩臂，而電場(chǎng)方向相反，亦即反相。根據(jù)互易原理，如果在主波導(dǎo)兩端2、3同時(shí)輸入等

16、幅反相的電磁波，則在e臂中它們的電場(chǎng)是同相而相加的，即e臂輸出最大反之，如在主波導(dǎo) 2、3兩端同時(shí)輸入等幅同相的電磁波，則e臂中的電場(chǎng)是反向而相減的。如2、3兩臂負(fù)載阻抗相等， 則e臂的輸出為零。它的等效電路是兩根雙線的串聯(lián)，如圖3-31(c)所示。e-t接頭的用處是作為功率分配器。9h-t接頭h-t接頭(見(jiàn)圖3-32(a)是指支臂h的寬面與主臂(2、3)中磁場(chǎng)平行，也就是分支波導(dǎo)的寬面位于磁場(chǎng)h平面上。其傳輸特性是，當(dāng)2、3端接匹配負(fù)載時(shí)，微波從1端輸入，平分地傳到2、3端，且在2端和3端的波相位相同。當(dāng)從h臂輸入波時(shí)，電場(chǎng)傳播情況如圖3-32(b)所示。電場(chǎng)用小圓點(diǎn)代表，即電力線與紙面垂直

17、，當(dāng)電場(chǎng)到連結(jié)接頭時(shí)，它們的排列將擴(kuò)成為曲線，越向前傳播，它們的排列將愈彎而分給2、3兩臂。波的功率平均分配給2、3兩臂，電場(chǎng)方向相同，即彼此同相。它的等效電路是雙根雙明線的并聯(lián)見(jiàn)圖3-32(c)，h-t接頭的用處是作為功率分配器。10匹配魔t將e-t和h-t分支在共同對(duì)稱面上組合在一起就構(gòu)成匹配魔t(又稱雙t接頭)。結(jié)構(gòu)如圖3-33(a)所示。由于電場(chǎng)e和磁場(chǎng)h總是相互垂直的，所以它們之間并不產(chǎn)生相互作用.魔t的等效電路如圖3-33(b)所示.它的特征是：(1)e臂(4臂)輸入，2、3兩臂平均輸出，并反相，h臂無(wú)輸出。(2)h臂(1臂)輸入，2、3臂平均輸出，并同相，e臂無(wú)輸出。(3)反向臂

18、之間(h臂和e臂，2臂和3臂)彼此隔離。為表征一個(gè)魔t的質(zhì)量，我們引進(jìn)“隔離比”l，以分貝(db)表示，(3-48)此處p2是某一端的輸入功率；p1是反向臂(或相對(duì)臂)的功率輸出。一般魔t的h臂(1臂)和e臂(4臂)的隔離比達(dá)25-45db，2-3臂隔離比亦在20db以上。反射式波譜議的微波橋路就是采用魔t，如圖3-33(c)所示。70年代以來(lái)為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，便多采用環(huán)行器取代魔t，相比之下，環(huán)行器的隔離度要更高些。 1l.環(huán)行器微波環(huán)行器的種類很多，現(xiàn)僅舉一種波導(dǎo)三端y環(huán)行器(見(jiàn)圖3-34)，它是一只波導(dǎo)“h”平面的“y”接頭(或稱“y”結(jié))，結(jié)中心放一個(gè)鐵氧體圓柱(它可以是三角形或其他形狀)

19、，“y”結(jié)的外邊有一個(gè)“u”形的永磁鐵提供恒定磁場(chǎng)，在適當(dāng)?shù)暮愦艌?chǎng)作用下，鐵氧體能促使高頻磁場(chǎng)彎曲，并直接單向傳輸至另一相鄰的端口，即當(dāng)微波自端1進(jìn)入時(shí)只到端2，不到端3，端2進(jìn)入時(shí)只到端3不到端1，端3進(jìn)入時(shí)只到端1不到端2。如用這種環(huán)行器代替圖3-33(c)中的魔t，則可省去匹配負(fù)載。環(huán)行器有兩個(gè)技術(shù)指標(biāo)：一個(gè)是插入損耗，另一個(gè)是隔離度l。如果自1臂輸入的功率為，從2臂輸出的功率為，則插入損耗為：(3-49)插入損耗越小越好，通常可做到0.2db以下。隔離度是輸入1臂的功率與漏至3臂的功率之比，即(3-50)隔離度越大越好，一般總是在30db以上。 12諧振腔頻率高達(dá)微波頻段時(shí)，集中參數(shù)的

20、電感與電容巳失去了意義，就不能再用普通的諧振電路，而要采用由金屬導(dǎo)體圍成的、封閉的，且有一定幾何形狀的空間作為微波頻段的諧振回路，稱為諧振腔。常用的諧振腔有矩形諧振腔和圓柱形諧振腔(見(jiàn)圖3-35)。諧振腔與波導(dǎo)管的耦合是在腔與波導(dǎo)公共壁上開(kāi)小孔(叫耦合孔)作為耦合元件。通過(guò)式諧振腔前后都開(kāi)孔(有二個(gè)耦合孔)，反射式腔開(kāi)一個(gè)孔(有一個(gè)耦合孔)。矩形諧振腔就是一段矩形波導(dǎo)管的兩端用金屬板封閉，金屬板上開(kāi)耦合孔。諧振腔的內(nèi)部場(chǎng)型與矩形波導(dǎo)相似，也存在te型波(或h型波)和tm型波(或e型波)兩種，由于z方向被短接，多了兩個(gè)短路片，故在此方向上也形成駐波因此除了以m、n分別表示在x、y方向的駐波半波長(zhǎng)

21、的數(shù)目外，還以p表示各方向的半個(gè)駐波的數(shù)目故波型用符號(hào)及表示。矩形諧振腔的諧振條件為：(3-51)式（3-51）表示當(dāng)腔長(zhǎng)j恰好等于半個(gè)波導(dǎo)波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，將產(chǎn)生諧振。反射式矩形腔如圖3-35(a)所示。圓柱形諧振腔就是一段圓柱波導(dǎo)管的兩端用金屬板短接而成。圓柱形腔振蕩模式的 場(chǎng)結(jié)構(gòu)與圓柱波導(dǎo)內(nèi)傳輸?shù)牟ㄐ偷膱?chǎng)結(jié)構(gòu)相似，但縱向不是行波。波型也用及表示，腳標(biāo)m、n、p分別表示沿半個(gè)圓周上、半徑上和腔長(zhǎng)方向上駐波的半波個(gè)數(shù)。圖3-35(b)給出圓柱型腔的場(chǎng)型，此種場(chǎng)型中電場(chǎng)e是同心圓，只有分量,沒(méi)有分量和，故又稱te波或h波，h有縱波成分，有及，但無(wú)。的腳標(biāo)0表示沿甲變化零個(gè)周期，即無(wú)變化，第二腳標(biāo)

22、1表示沿r變化一個(gè)“半周期”、例如都是成圓形，它沿圓周無(wú)變化，但沿半徑有變化，在不同r時(shí)數(shù)值不一樣，有一個(gè)最大值，在r=0和至邊界時(shí)；第三個(gè)腳標(biāo)1表示沿z軸變化一個(gè)“半周期”，例如兩端為零，中間有一個(gè)最大值，在這種場(chǎng)型內(nèi)，交變磁場(chǎng)的最大值處在腔中心并沿z方向，為此磁共振實(shí)驗(yàn)樣品放在此處。(3-51)式是諧振條件，其諧振波長(zhǎng)為(3-52)諧振頻率，c為真空中光速。(3-52)式無(wú)論對(duì)矩形腔還是圓柱腔都是適用的。但截止波長(zhǎng)人不同，對(duì)矩形腔，=2a；圓柱腔的=1.64r(r是腔的半徑)。諧振腔在微波技術(shù)中的主要用途有二。第一是作為儲(chǔ)藏微波電磁能量和具有振蕩特性的振蕩回路，例如微波系統(tǒng)中常用的測(cè)量頻率

23、的空腔波長(zhǎng)表即屬此；第二是提供一個(gè)電場(chǎng)或磁場(chǎng)集中的區(qū)域，將樣品放在腔中微波電場(chǎng)或磁場(chǎng)最強(qiáng)處，以便電磁場(chǎng)與物質(zhì)相互作用。例如在順磁共振實(shí)驗(yàn)中常選用圓柱腔和矩形腔，將樣品放在腔中心微波磁場(chǎng)最強(qiáng)處。諧振腔的主要參數(shù)是品質(zhì)因數(shù)q和諧振頻率。(1)品質(zhì)因數(shù)q和普通lc振蕩回路一樣，除了諧振頻率外，諧振腔的另一個(gè)重要參量是品質(zhì)因數(shù)q值，它表明諧振效率的高低。從q值能夠知道在電磁振蕩延續(xù)過(guò)程中有多少功率消耗。相對(duì)諧振腔所儲(chǔ)存的能量來(lái)說(shuō)，功率的消耗愈多，則諧振腔的q值就愈低；反之，功率的消耗愈少，q值也就愈高。作為有效的振蕩回路，諧振腔必須有足夠高的q值。品質(zhì)因數(shù)q的一般定義是(3-53)(3-53)式中為諧

24、振角頻率，是每秒的能量總損耗。當(dāng)諧振腔與外界耦合時(shí)，能量不僅消耗在腔本身，而且也消耗在負(fù)載中(通過(guò)耦合孔耗散于負(fù)載的輻射損耗)。這樣總的能量損耗?，F(xiàn)在我們引進(jìn)幾個(gè)在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常用到的q值：有載q值，它定義為(3-54)它表征諧振腔的總的損耗程度。無(wú)載q值(或稱固有品質(zhì)因數(shù))，它定義為(3-55)它表征腔本身的損耗程度。耦合q值(或稱外q)，它定義為(3-56)它表征腔耦合到負(fù)載能量大小。由式(3-54)、(3-55)和(3-56)可以很容易得到一個(gè)重要關(guān)系(3-57)此外，為了表示諧振腔內(nèi)部?jī)?chǔ)能耦合到外界負(fù)載的效果及二者間耦合的緊密程度，常引進(jìn)耦合系數(shù)的概念，它被定義為(3-58)將(3-58)式代入(3-57)式中，整理后得到(3-59)當(dāng)l，即i，即，這時(shí)消耗在負(fù)載中的功率大于腔本身的功率消耗。此時(shí)稱為過(guò)耦合狀態(tài)。當(dāng)=1，即=，這表明負(fù)載中和腔中消耗掉相等的功率，此時(shí)稱臨界耦合狀態(tài)。諧振腔的固有品質(zhì)因數(shù)值一般都較大。矩形腔值達(dá)5000以上，圓柱腔值可達(dá)1萬(wàn)