13.1 HFSS谐振腔分析之圆柱形腔体谐振器简介

    谐振电路在电子工程中起着非常重要的作用。在低频段，谐振电路通常由集总参数的电感和电容构成，即为 LC 谐振回路，其品质因数通常为数百。当频率升高到微波频段时，电路的尺寸与电磁波的波长可以比拟，集总参数谐振回路所需的元件（如电感和电容）的值太小，在工程上无法实现，普通的集总参数谐振回路在微波频率下不再适用。在微波频段，经常使用的谐振电路是微波腔体谐振器。

    一般的微波腔体谐振器是由导体制成的封闭的空腔，电磁波在其中连续反射，如果模式和频率合适，就会产生驻波，即发生谐振现象。由于导体空腔谐振器是封闭系统，全部电磁场能量被限制在腔体内部，腔体本身无辐射损耗，另外，谐振腔属于分布参数电路，电路的表面积增加使其导体损耗减小，因此谐振腔的品质因数较集总参数谐振电路高得多。

    微波谐振器的主要参数有两个：谐振频率或谐振波长和品质因数Q。

    本章我们将要分析的是如图 13.1 所示的圆形腔体谐振器，由理论分析 1 可知，当 l = a 时， TM010是最低次模，TE111是次低次模，且二者的谐振波长分别为：

图 13.1 圆形谐振腔

    TM010 模通常工作在分米和厘米波段，采用TM010 模的圆形腔体谐振器，其有载品质因数可达到5000 左右。TM010模的谐振波长与腔体长度无关，无法利用调节谐振腔长度的方法进行调谐，但在圆柱轴线方向引入一段细圆柱形导体或细圆柱形介质，可以使TM010模的场分布发生变化，通过改变细圆柱形导体/介质的长度，可以实现谐振腔的调谐。这种谐振腔调谐方便，在工程上有广泛的应用。圆形波导谐振腔 TM010模的场分布如图 13.2 所示。

图 13.2 TM010模的场分布

    TE111 模的主要用途是谐振腔波长计。其场分布如图 13.3 所示，该模的极化面不稳定，易因波导横截面的变形而偏转，出现同模极化简并现象。

图 13.3 TE111模的场分布