介质谐振器的基本特性

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介质谐振器与介质谐振器天线的建模与仿真分析

介质谐振器与介质谐振器天线的建模与仿真分析引言：介质谐振器是一种利用介质谐振的现象来实现电磁波的选择性传输的器件。

而介质谐振器天线则是利用介质谐振器的特性来改善天线性能，提高辐射效率和增加天线的带宽。

因此，对于介质谐振器与介质谐振器天线的建模与仿真分析具有重要意义。

本文将针对这两者进行详细介绍。

一、介质谐振器的建模与分析介质谐振器是一种通过调整介质中电磁场分布的谐振结构。

在电磁学中，介质谐振器一般被建模为具有闭合边界的空腔，谐振模式的产生取决于构成空腔结构的形状、尺寸和材料的介电常数。

对于介质谐振器的建模与分析，可以采用有限差分时间域(FDTD)、有限元方法(FEM)等数值计算方法。

1.FDTD方法：FDTD方法是一种基于电磁场的数值模拟方法，通过将空间离散化为网格，时间离散化为时间步长，利用基本的麦克斯韦方程的差分形式来模拟电磁场的时空演化。

对于介质谐振器，可以将其建模为一个三维网格，然后根据麦克斯韦方程对电磁场进行计算，得到谐振模式的分布情况。

2.FEM方法：有限元方法是一种广泛应用于工程领域的数值计算方法，它是通过将计算域离散化为有限个单元，构建节点之间的关系来模拟问题的数学模型。

对于介质谐振器的建模与分析，可以利用FEM方法对其进行离散化处理，然后利用有限元方程求解得到谐振模式的分布。

二、介质谐振器天线的建模与分析介质谐振器天线是在传统天线的基础上引入了介质谐振器的特性来改善天线性能。

在建模介质谐振器天线时，需要考虑天线基底、介质谐振器、辐射元件等多个参数。

对于介质谐振器天线的建模与分析，可以采用微带线模型、模态扩展法等方法。

1.微带线模型：微带线模型是一种常用的介质谐振器天线建模方法，它利用介质材料在微带线上的衬底上形成谐振结构。

这种模型中，通过改变衬底的尺寸、相对介电常数等参数，可以调整天线的谐振频率和带宽。

2.模态扩展法：模态扩展法是一种用于分析多模谐振器的数值方法，通过求解波方程的特征值和特征场来得到谐振器的模态特性。

射频与微波电路设计-8-微波振荡器设计

振荡器主要技术指标— 振荡器主要技术指标—调频噪声和相位噪声
在振荡器电路中，由于存在各种不确定因素的影响，使振荡频率和振荡幅度随机起伏。
7
振荡频率的随机起伏称为瞬时频率稳定度，频率的瞬变将产生调频噪声、相位噪声和相位抖动。振荡幅度的随机起伏将引起调幅噪声。因此，振荡器在没有外加图8-1 振荡器输出的频谱调制时，输出的频率不仅含振荡频率f0，在f0附近还包含许多旁频，连续分布在f0两边。如图8-1 所示，纵坐标是功率，f0处是载波功率（振荡器输出功率），f0 两边的是噪声功率，它同时包含调频噪声功率和调幅噪声功率。
2
9
Hale Waihona Puke （1）功率表示调频噪声可以用离载频 f0 为 fm 处的单位频带调频噪声功率 Pn 与载波功率 Po 之比表示。它与调制频率及频偏的关系如下
式中 ∆fp——频偏峰值； fm——调制频率； Pn——偏离载频 f0 为 fm 处的单位带宽单边带噪声功率。如果 Pn 取双边带功率值，则上式改为
用 dB 数表示上两式，即
∆f = f − f 0 (Hz )
f——实际工作频率； f0——标称频率。相对频率准确度是绝对频率准确度与标称频率的比值。用下式表示式中
f − f0 ∆f = f0 f0
频率稳定度
4
频率稳定度是指在规定的时间间隔内，频率准确度变化的最大值。它也有两种表示方法：即绝对频率稳定度和相对频率稳定度。通常用相对频率稳定度来表示，又简称为频率稳定度。用下式表示
孤立的圆柱形介质谐振器的谐振频率可以用下式计算
34 D f0 = + 6 .9 D εr L
式中 c——光速，C = 3×1011mm/s；； D——圆柱形介质谐振器直径（mm） f0——圆柱形介质谐振器频率（GHz）； L——圆柱形介质谐振器高度（mm）。在 1.0<D/L<4，30<εr<50 情况下，式（8-15）的精度在 2%左右。

电磁波谐振与介质特性

电磁波谐振与介质特性电磁波是指在电场和磁场的相互作用下传播的波动。

在电磁波的传播过程中，若有介质存在，介质的特性将会影响电磁波的传播。

介质特性的一个重要参数就是谐振频率。

谐振是指在某个特定频率下，通过某种手段（如外界的激励或者内部的自激励）而使振动系统受到最大干扰的现象。

电磁波在介质中也有类似的现象，即介质对特定频率的电磁波有强的吸收能力，这个频率就是介质的谐振频率。

介质的电磁谐振是介质特性的一个重要方面，也是许多应用的核心基础。

例如，在微波炉中，微波的谐振频率与滚转的水分子的旋转频率相同，因此水分子吸收微波能量并发热。

在光学领域，介质的谐振特性可以用于设计和制造各种光子学元器件，例如反射镜、吸收器等。

介质的谐振频率与介质的特性有着密切关系。

常见的介质特性参数包括介电常数、磁导率等。

介电常数是介质对电场作用的响应，表示介质中任意一点的电场强度和自由空间中电场强度的比值。

而磁导率则描述了介质对磁场的响应。

这两个参数的大小和相互关系直接影响了介质在电磁场中的响应。

在某些情况下，这种响应会导致介质谐振。

例如，对于一个平行板电容器，如果在空气中加入一定的介质，那么电容的电容值将会发生变化。

当介质的介电常数越大的时候，电容器的电容值也会越来越大。

在加入介质之前，电场中的能量能够自由地在两个电极板之间传递，而加入介质后，电场在介质中会被吸收，因为介质对这个频率有很强的吸收能力，这个频率就是介质的谐振频率。

另一个例子是磁性材料的特性。

对于一个磁铁，我们可以将其里面的铁磁颗粒看做是一个个微小的磁矩。

在外界磁场的作用下，这些磁矩会重新排列，形成一个更强的磁场。

但是当磁场到达一定的强度时，铁磁颗粒内部的微小磁矩就不能再被进一步排列了，这个时候就出现了磁饱和。

而磁饱和的发生也是因为这个材料的谐振频率被激发了。

当外界磁场的频率与磁性材料的谐振频率相同时，材料中的磁矩就会被较强地激发，这个时候就达到了磁饱和状态。

可以理解为，谐振就类似于鸟的哨声能够集中注意力或者引起共鸣，使振动系统受到最大干扰。

微带谐振器、介质谐振器、光学谐振器基本

介质谐振器—结构与等效电路
横向谐振条件 : Y Y 0 Y , Y 是的函数, 故这是决定谐振频率的方程
3
电磁场与电磁波 · 第二十五讲微带谐振器、介质谐振器、光学谐振器基本原理 · 章献民
开放式谐振器
法布里—珀罗谐振器
开放式谐振器中的特殊问题：
– 存在衍射损耗
平面镜腔示意图
电磁场与电磁波 · 第二十五讲微带谐振器、介质谐振器、光学谐振器基本原理 · 章献民
11120010 电磁场与电磁波
25 微带谐振器、介质谐振器
光学谐振器基本原理章献民
zhangxm@ 2012年5月24日星期四
1
电磁场与电磁波 · 第二十五讲微带谐振器、介质谐振器、光学谐振器基本原理 · 章献民
性的测量，即可从测量数据中提取谐振器的特征参数及其与外电路的耦合
程度。
复习范围
– 7.4~7.7 – 帮助理解的多媒体演示：MMS20
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电磁场与电磁波 · 第二十五讲微带谐振器、介质谐振器、光学谐振器基本原理 · 章献民
作业题
7.3，7.8，7.13
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电磁场与电磁波 · 第二十五讲微带谐振器、介质谐振器、光学谐振器基本原理 · 章献民
1 B( 0 ) Q0 0 G( 0 ) 2
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电磁场与电磁波 · 第二十五讲微带谐振器、介质谐振器、光学谐振器基本原理 · 章献民
品质因数与谐振器振荡的衰减
分析LCR串联谐振电路的固有振荡时，由于电阻R上的损耗，振荡不断衰减，电容器两端电压或流经电感的电流按如下规律衰减
Q0
C0
G0
,
Qe
C0
Y '0

介质谐振器

3058DRD型o TE 01δ模式谐振器 (圆板型/柱型) 的有效范围可提供附支撑架的TE模式谐振器和调好频率的谐振器。

DRR060型铜电极DRR040型铜电极DRR020型铜电极DRR030型铜电极o TEM模式谐振器有效范围in mmL：取决于频率高频元件／组件!注意事项• 本产品目录所记载的产品规格，因受篇幅的限制，只提供了主要产品资料。

在您订购前，必须确认规格表内容，或者互换协商定案图。

尤其，有些产品请务必阅读其品级，或!注意事项 (保管、使用环境、品级上的注意事项、装配时的注意事项、使用时的注意事项)，否则有可能出现冒烟、起火等情况。

• 产品检索引擎 (http://search.murata.co.jp/) 或产品目录数据库 (/cn/catalog/) 上登载有详细规格，因此，在索取规格表，或互换协商定案图之前可阅览其详细规格。

30681) 频率温度系数。

2) 谐振频率的公差 (P: ±0.7%最大值; K: ±0.7%最大值)。

3) Qu的值取决于频率范围的下限。

接上页。

高频元件／组件!注意事项• 本产品目录所记载的产品规格，因受篇幅的限制，只提供了主要产品资料。

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现代滤波器设计讲座(4-2介质谐振器)

Mode chart 4.5 4 Mode1 Mode2 Mode3 Mode4 Mode5 Mode6
Freq[GHz]
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0 20 H[mm] 40 60
终端短路环形介质谐振器
终端短路环形介质谐振器模式图
终端短路环形介质谐振器模式图
Mode Chart
当介质高度L小于40mm时，最低模式是TM010。当介质高度大于 40mm时，最低模式是TM110。介质高度L小于40mm时最低模式是单模。当介质高度大于40mm时，最低模式是简并模。
介质加载空腔模或屏蔽介质谐振模

根据介质体和金属腔体间电磁相互作用的强弱，可分为微扰和强相互作用两类。前者仍保持原系统的特征，后者使两者“融合” 成一体，构成全新的系统。例如，金属空腔加入介质体后，在一定的加载条件下，则不仅使空腔模的场分布和谐振频率变化。而且，还要产生新的模式和模式间的耦合及转换。屏蔽介质谐振器当屏蔽对谐振器的场有极大影响时，也会产生新的模式和模式之间的耦合及转换。这种模式依赖于腔体结构和介质体的几何结构。
回音壁模

对于旋转对称的圆盘和球型介质谐振器，当工作在高阶周向模时就形成回音壁模，其电磁能主要集中在介质-空气界面和焦散面之间，具有极高的Q值，且随周向模指标的增加而增大。在毫米波和激光技术中，回音壁模有极广泛的应用前景
干涉谐振模

利用电磁波传播过程中介质分界面的反射和透射效应形成一定的谐振特性。例如，波导介质谐振器（WDR）是在波导中引入一组矩形、柱形、盘形或球形介质，使该结构产生波导-介质谐振。它的特点是本征谱较容积模稀疏，故可以通过截止波导消散模（Evanescent Mode）的耦合，以抑制寄生通道。

陶瓷介质谐振器物理特性及力学性能实验报告

方法得到的值不同（差异不超过 10/2π），但是得到的相同的结论是固体的理论断裂强度很高。
材料断裂发生时的应力值低于σ th 是一个很好指标，这个低的断裂应力值是由于固体内部的缺陷造成的，在
1、前言
TM 模式工作的陶瓷介质谐振器与金属过渡层连接技术运用在微波行业大部分产品中，其中大部分在高温下工作，接头所处的环境频繁在低温与高温间切换，长时间处于热循环状态之中. 因此 TM 模式工作的陶瓷介质谐振器与金属过渡层连接的接头强度是产品性能的重要表征之一.
陶瓷和金属性质一般差异较大，连接界面存在着物理、化学、机械和热性能不匹配，导致连接界面产生残余应力.残余应力与热循环时的热应力相互叠加，是接头热震损坏的重要原因.本实验已采取了一些方法来减小陶瓷与金属接头的残余应力[1]，如采用与陶瓷热膨胀系数相近的金属材料进行焊接(45#钢、铜材料、殷钢等)的热匹配法等[7]。
表二第四实验条件参数设置
图七第四实验条件测试温度曲线 2.4 分析研究前实验步骤及条件使用不同金属中间过渡层的实验品各放入 1 个在以上实验条件中进行制备，将焊接好的试样品放入可程式冷热冲击试验机中，在-40℃~80℃温度间进行高低温循环冲击，升温斜率及降温斜率为 1℃/min，在-40℃保温时间为 8H，80℃保温时间为 2H，经过 25 次循环温冲后的试样品将陶瓷介质滤波器与腔体弯曲断裂，用 JVC TK-C921EC 高倍放大镜进行断裂区进行组织观察，由于时间不足尚未做剪切强度测试，本次实验仅为试样品折断后的陶瓷滤波器的部分物理性能研究分析。
±0.2% Bi:58±0.2% 焊剂含量 10.5±0.5wt% 共晶熔点 138℃，制备的单腔腔体采用公司
大部分产品材料为 Al 基镀 Ag。 2.2 实验设备

(完整word版)介质腔体滤波器

目次1引言 (1)1。

1 介质谐振器的发展和应用 (1)1.2 介质滤波器的特点及应用 (3)1.3 本文的主要研究内容 (3)2 介质腔体滤波器的理论设计 (4)2。

1滤波器基本原理 (4)2.2 介质腔体滤波器的线路设计 (8)2。

3 介质腔体滤波器的微波实现 (10)3 腔体介质滤波器的仿真设计 (15)3.1 Ansoft HFSS软件介绍 (15)3。

2 腔体介质滤波器的工作原理 (17)3.3 腔体介质滤波器的仿真过程 (17)4 腔体介质滤波器的生产与调试 (20)4。

1 介质谐振器与截止波导的生产 (20)4。

2滤波器的调试 (22)5滤波器的测试结果及分析 (22)结论 (25)致谢 (26)参考文献 (27)1 引言1．1 介质谐振器的发展和应用微波介质谐振器是国际上70年代出现的新技术之一。

1939年，R ．D ．Richtmyes 就提出非金属介质体具有和金属谐振腔类似的功能，并把它称为介质谐振腔。

但是直到六十年代末才开始使用到微波电路中。

国内七十年代就有人研究，八十年代初报导了有关研究成果。

介质谐振器是用低损耗、高介电常数的介质材料做成的谐振器，已广泛应用于多种微波元器件中。

它具有如下特点：①体积小，由于材料的介电常数高，可使介质谐振器的体积小至空腔波导或轴谐振器的1/10以下，便于实现电路小型化;②Q 0值高，高0。

1-30GHz范围内，Q 0可达103—104；③基本上无频率限制，可以适用到毫米波（高于100GHz ）；④谐振频率的温度稳定性好。

因此，介质谐振器在混合微波集成电路中得以广泛的应用.目前,介质谐振器已用于微波集成电路中作带通和带阻滤波器中的谐振元件、慢波结构、振荡器的稳频腔、鉴频器的标准腔等.①在微波集成电路中,介质谐振器的形状通常为矩形、圆柱形和圆环形.介质谐振器的谐振频率与振荡模式、谐振器所用的材料及尺寸等因素有关。

分析这个问题的方法早期是用磁壁模型法，即将介质谐振器的边界看成磁壁来分析，这种方法的误差较大，达10%.现在较为精确的分析方法有变分法、介质波导模型法（开波导法）、混合磁壁法等，误差可小于1％.人们已对常用的介质谐振器的谐振频率做了计算，对于给定了介电常数和尺寸的介质谐振器，可以直接从有关曲线图中求得其谐振频率。

TE01δ模式介质谐振器产品说明

TE01δ/TM模式介质谐振器TE01δ/TM模式介质谐振器具有介电常数高、品质因数高、频率温度系数小等优点。

因TE01δ/TM模式介质谐振器具有高稳定性和可靠性，所以被广泛地应用在微波通信、雷达导航、电子对抗、卫星接力、导弹制导、测试仪表等系统中，是微波和毫米波系统中不可缺少的器件，其性能的优劣往往直接影响整个通信系统的性能。

TE01δ/TM模式介质谐振器适用于基站用介质腔体滤波器、双工器、合路器。

一、TE01δ/TM模式介质谐振器的产品用途TE01δ/TM模式介质谐振器用于无线局域网的通信基站、直放站，多重频道、多重定位系统的通信转发器，通信方面的码分多路访问式的蜂窝式电话，国际移动通讯的无绳电话，全球数字移动电话系统中的中继无线系统，无线局域网的个人移动通讯系统，数字式无绳电话、雷达、电子对抗、军事、航空航天等领域。

二、TE01δ/TM模式介质谐振器的产品参考图片TE01δ/TM模式介质谐振器图片三、TE01δ/TM模式介质谐振器的产品特性TE01δ/TM模式介质揩振器具有介电常数高（介电常数>30）、Q值高（Q>3000）、温度漂移低（±20ppm/℃）以上参数仅供参考，本公司可根据用户的要求单独设计四、TE01δ/TM模式介质谐振器的外观尺寸以上参数仅供参考，本公司可根据用户的要求单独设计五、TE01δ/TM模式介质谐振器的波形特点六、TE01δ/TM模式介质谐振器的主要参数七、TE01δ/TM模式介质谐振器的命名方法注意事项：TM模在焊装前一定要预热，而且焊装时的温度曲线要平缓，焊装后自然降温，要注意避免局部快速高温或低温。

TE01δ模以螺钉安装为主，如需胶水安装，需使用我公司提供的特种胶水，并按规程操作，并且要保持腔体内干燥，调节频率一般采用介质谐振盘以保障Q值不受影响，而且注意调节螺杆的材质，以确保温漂的稳定性，介质谐振器在装配密封前一定要进行充行的干燥。

TE01δ/TM模式介质谐振器的频率范围覆盖了DC~20GHz,广泛应用于移动通讯基站、直放站、TD/LTE RRU模块、射频电路、卫星定位与寻航、雷达、电子对抗、TR选频组件等军事和航空航天领域。

介质谐振器天线原理

介质谐振器天线原理引言:天线是无线通信系统中的重要组成部分，它负责将电磁波转换为电信号或将电信号转换为电磁波。

介质谐振器天线是一种常见的天线类型，其工作原理基于介质谐振器的特性。

本文将对介质谐振器天线的原理进行详细介绍。

一、介质谐振器的基本原理介质谐振器是一种能够在特定频率下产生共振现象的装置。

它由一个或多个介质构成，其中包含一定的电容和电感。

当外加电源施加在介质谐振器上时，电容和电感之间将产生共振，使谐振器具有特定频率的响应。

二、介质谐振器天线的结构介质谐振器天线通常由导体和介质构成。

导体是天线的主要结构，它负责收发电磁波。

介质则用于调节天线的频率响应。

常见的介质包括空气、塑料、玻璃等。

三、介质谐振器天线的工作原理当电磁波传输到介质谐振器天线时，它将与介质发生相互作用。

介质的特性将对电磁波的传播产生影响，使得在特定频率下，天线能够实现最佳的电磁波辐射或接收效果。

具体而言，当电磁波传输到介质谐振器天线时，电场和磁场将与介质中的电荷和电流相互作用。

这种相互作用将导致电磁波在天线中发生谐振。

谐振的频率由天线的结构和介质的特性决定。

四、介质谐振器天线的特点介质谐振器天线具有以下特点：1. 频率选择性：介质谐振器天线只在特定频率下才能实现较好的工作效果，而在其他频率下的响应较弱。

2. 增益增强：介质谐振器天线通过调节介质的特性，可以增强天线的辐射或接收效果，从而提高天线的增益。

3. 尺寸缩小：通过利用介质谐振器的特性，可以实现天线尺寸的缩小，从而减小设备的体积和重量。

4. 抗干扰性：介质谐振器天线在特定频率下的工作，使其对其他频率的干扰具有较好的抑制能力。

五、应用领域介质谐振器天线广泛应用于无线通信系统中，包括移动通信、卫星通信、无线传感器网络等。

其尺寸小、增益高、抗干扰性强的特点，使其成为无线通信系统中重要的天线选择。

结论:介质谐振器天线是一种基于介质谐振器原理的天线类型。

通过调节介质的特性，使天线在特定频率下实现共振，从而提高天线的辐射或接收效果。

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k0 s
k0 r
(5)
式中， s 和 r 分别为衬底和谐振器的相对介电常数， k0 为自由空间传播常数。
a. 计算介质传播常数 k`值
k` 2.405
Y0
a 2.404a 1 2.43 Y0 0.291Y0
(6)
其中
Y0 k0a2 r 1 2.4052
(7)
b.介质谐振器的基本特性
电磁谐振器是一种储存一定电磁能量的元件，电能和磁能在其中周期地相互转换，这种转换过程称为振荡，振荡的频率称为谐振频率。电磁谐振器最常见的例子是电感L和电容C组成的串联或并联谐振电路。实际上，能够限定电磁能量在一定区域振荡器的结构都可以构成电磁谐振器，其中不用金属也可以构成电磁谐振器，介质谐振器就是其中一种。介质谐振器是用高介电常数和低损耗的介质材料制成，具有优良的电磁特性。
对于某些材料，谐振器的温度系数可以通过改变成分配比控制在范围内 9 ~ 9 ppm / C 。电路效应使 f 约有百万分之几的变为 1 ~ 4 ppm / C 的介质谐振器往往能在晶体管振荡器中实现有效的温度补偿。因此，可以实现的温度补偿极限取决于材料性能的容差，以及影响这种温度效应
现在我们来研究电磁波在高介电常数介质与空气交界面上地反射和折射情况。
图 1 电磁波在介质界面上的反射与折射
如图1所示，假设有一平面电磁波 Ei 由介质向空气入射,入射角为i ，则在界面上将有一部分波被反射回来，称为反射波 Er ，反射r 角等于i ；另一部分波穿过界面，称为透射波 Et ，折射角为t 。按照折射定律，入射角i 与折射角t 间的关系是：
1 介质谐振器的工作原理
理想导体壁(电阻率为零)在电磁理论中称为电壁，在电壁上，电场的切向分量为零，磁场的法向分量为零。电磁波入射到电壁上将被完全反射回来，没有透射波穿过电壁。因此，用电壁围成一个封闭腔，一旦有适当频率的电磁波馈入，波将在腔的电壁上来回反射，在腔内形成电磁驻波，发生电磁谐振，此时即使外部停止向腔内馈送能量，已建立起来的电磁振荡仍将无衰减地维持下去，可见电壁空腔是一种谐振器，电磁能量按一定频率在其中振荡。当然，非理想导体壁构成地空腔，也具有电壁空腔地类似特性，只不过外部停止馈送能量后，其内部已建立起来地电磁振荡，不会长期地维持下去，将随时间而逐渐衰减，终于消逝，成为阻尼振荡。谐振器中电磁振荡维持时间地长短(时间常数)是其Q值高低地一种度量。
r sinr sint
(1)
由于相对介电常数 r 总是大于1，i 0 sin1 1 r
(2)
时，折射角t 90 ，这时空气中的波沿界面传输，它的能量来自无限远处的场
源，而与入射波无关，谓之表面波。于是介质中的入射波能量全部反射回介质，
方图 5 谐振频率与屏蔽板高度的关系
6
电场切向分量为零，故入射波与反射波的电场切向分量相消，仅有法向分量，因
而合成场的电力线垂直导体表面，亦即垂直电壁；而在高介电常数的介质界面上，
磁场切向分量近似为零，入射波与反射波磁场切向分量近似相消，合成场的磁力
线近似垂直于介质界面。在电磁理论中，垂直于磁力线的壁，称为磁壁，故高介
电常数的介质表面可近似看成磁壁，只有时 r ，才是真正磁壁。在磁壁上，磁场切向分量为零，电场法向分量为零，它与电壁对偶，既然电壁所构成的空腔
k02r k 2
(8)
c. 估计衰减常数1 和 2
1 k`2 k02 ，2 k`2 k02
(9)
d. 衰减器高度的计算
H
1
tan
1
1
coth
1h
tan 1
2
coth 2ds
(10)
当已知介质谐振器的几何尺寸时，也可以用上述关系式来确定截获子谐振器
的谐振频率。图5示出谐振频率随屏蔽板高度的变化情况。实测点数据表明这种
式中，a为谐振器半径(mm),H为高度(mm)。当在下列范围时，式(4)的精度约
为2%。
0.5 Biblioteka a H50 , 30 r50
② MIC中的介质谐振器
图5示出一个MIC结构的介质谐振器。对于给定谐振器频率，介质谐振器几
何尺寸按下列步骤确定：
1）谐振器的直径(D=2a)选定在下述范围内
5.4 2a 5.4
可作为微波谐振器，显然，磁壁所围的介质块亦可作为微波谐振器。所以高介电
常数介质块近似是个磁壁谐振器，电磁能量在介质块内振荡，不会穿过磁壁泄漏
到空气里。
2 介质谐振器的分类和特性
谐振器是振荡器的核心元件，因其具有频率选择性，有载 Q 值决定振荡器的相位噪声。振荡器的输出频率在一定程度上决定了所使用的谐振器的类型。在微波频率，谐振器可以是同轴谐振器、微带谐振器、腔体谐振器、钇铁石榴石(YIG) 谐振器或介质谐振器；在低频，谐振器几乎是由集总参数元件组成。
① 要有足够高的介电常数。它是构成介质谐振器的必要条件。介质谐振介电常数愈高，其界面愈接近于理想磁壁，电磁场愈集中于谐振器内。介质谐振器的Q值对振荡器相位噪声有影响。
② 要有低的介质损耗。介质材料的损耗直接影响谐振器的Q值高低，因为谐振器的无载Q值与材料的损耗角正切 tan 近似成反比。介质材料的损耗太大，谐振器就无法维持长久的电磁振荡。
发生全反射。开始发生全反射的入射角t ,称为临界角0 ，只要入射角大于临界角，都要发生全反射。相对介电常数 r 愈大，临界角愈小。这样，即使波沿着很靠近界面的方向从介质斜入射到界面，能量也会全部反射回来。所以高介电常数
的界面与导体壁有类似的特性，能使电磁波发生完全的或近似完全的反射。当然，
这两类界面的性质不同，其对电磁波的反射特性也不尽相同。电磁波在导体壁上
按照DR的几何结构形状不同，可分为圆柱形、矩形、圆环形、球形等介质谐振器，如图2所示：
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(a)同轴腔 (b)矩形腔 (c)圆柱形腔 (d)微带谐振器 (e)圆柱形介质谐振器
图 2 最常用的介质谐振器形状有矩形、圆柱形和圆环形三种，其中使用更为普遍的是圆柱形介质谐振器。圆柱形介质谐振器以多种模式谐振，其工作主模是 TE01 ，这种模式最容易与微带线耦合。如图所示，其中显示了 TE01 模式电场的分布情况。电场线以Z轴为同心圆，因此电场没有Z分量，磁力线如图3所示。
③ 要有小的频率温度系数。介质谐振器是一种窄带器件，它的谐振频率是一个对周围环境很敏感的参数，所以对窄带器件的频率温度系数要有较严格的要求，否则器件的实用价值不大。
只有满足了上述三项要求的介质材料，才能适合于作微波振荡电路中使用的
谐振器，一般取 r 25 ~ 45 ； Q 5000 ； f 1 ~ 8ppm / C 。
Q f0
(3)
f2 f1
图4 介质谐振器品质因数的确定
Q 与谐振频率成反比，其值随不同材料而变化。在电路设计时，希望 Q 尽可能大。
4 介质谐振器的谐振频率
介质谐振器的谐振频率主要取决于它的几何尺寸及其周围环境。虽然介质谐
振器的几何形状十分简单，但要精确求解其麦克斯韦方程组则远比金属空腔谐振
器困难。因此，对应于某种谐振模式的精确谐振频率只能从严格的数值法算出。
Kajfez和Guillon对孤立的介质谐振器及最常用的MIC结构提出了相关方程的近
似解，可以方便地将下面给出的方程在计算机上编程运算，并且获得优于 2%的
精度
16 。
① 孤立的介质谐振器
谐振频率(单位为GHz)由式(4)给出
fr
34 a r
a H
图 3 圆柱形介质谐振器TE01 模的场分布
2.1.3 介质谐振器的主要参数
衡量介质谐振器的主要指标有三个：Q值、频率温度系数 f 和介电常数 Er , 虽然Q值和频率温度系数 f 这两个参数与谐振器的形状和工作模式有关，但起决定性作用的还是即介质谐振器的材料性能。制作介质谐振器的材料应具备以下三个基本条件：
的频率调谐需求。
介质谐振器的品质因数Q随频率的增加而降低，如图4所示, Q 值是储能和周
期耗散之比，即(3)式所示。通常 f0 GHz 与 Q 的乘积为常数。元件应用中常常发
生Q值恶化的一些情况，封装盒的壁、介质材料及固定介质谐振器的黏合剂等所引起的损耗及其他因素。一般使Q值降低约10% ~ 20% 4 。