一种实用微波波长计设计

论文总字数：15614字

摘 要

本文主要对圆柱谐振腔电磁场结构的分析。研究TE₀₁₁振荡模优点和缺点，对金属圆柱形谐振腔进行合理的设计，以使圆柱体谐振腔内只能产生TE₀₁₁模振荡。采用圆柱形波导的小孔在合适的腔体位置电磁激励、腔体的大小设计，以达到对谐振腔中一些高次模和自干扰振荡型模的抑制，同时运用MATLAB语言绘制金属圆柱谐振腔模式图，并使用C 语言进行程序化计算设计尺寸。

关键词:圆柱谐振腔；激励；TE₀₁₁模；高次模；干扰模

The Design of A Practical Microwave Wave-length

Abstract

In this paper, the structure filed within the cylindrical resonant cavity is analyzed. Research advantages and disadvantages of TE₀₁₁ oscillation mode , and design metal cylindrical cavity reasonably,in order to make the cylinder inside the cavity can only produce TE₀₁₁ oscillation mode. Using cylindrical wave-guide cavity in the appropriate position of holes electromagnetic excitation, and design the size of the cavity to decrease some higher order mode in the resonator and the interference type oscillation mode, at the same time using the MATLAB language to draw metal cylindrical cavity model, and use c language programming to calculate the size.

Keywords: cylindrical cavity; exciting; TE₀₁₁ mode; higher-order mode; interference modes

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 微波及微波技术的简介 1

1.2 微波及微波技术的特点 1

1.3 微波技术的发展 2

1.4 微波技术的应用 2

第二章 微波技术中的微波选频器件 4

2.1微波选频网络 4

2.2 微波选频技术 4

2.3 微波谐振腔和微波滤波器 5

第三章 金属圆柱体谐振腔中的TE₀₁₁模 9

3.1 几种常见的谐振腔............................................................................................................................9

3.2 金属圆柱体谐振腔TE₀₁₁模的定义及场结构 10

3.3 金属圆柱体谐振腔TE₀₁₁模的优缺点 12

3.4 金属圆柱体谐振腔TE₀₁₁模的工作特点及应用 13

3.5 金属圆柱体谐振腔TE₀₁₁模的杂波抑制 14

3.6 金属圆柱体谐振腔TE011模的波长计算.......................................................................................16

3.7 金属圆柱体谐振腔TE₀₁₁ 模的Q值计算 17

第四章 实例计算 18

4.1 金属圆柱形谐振腔半径 18

4.2 金属圆柱体谐振腔的长度 19

4.3 波长 21

4.4 Q值....................................................................................................................................................21

4.5 金属圆柱形谐振腔的模式图...........................................................................................................21

第五章 结束语 23

致 谢 24

参考文献 25

附 录 26

第一章 引 言

1.1 微波及微波技术的简介

信息技术发展过程是基于对电磁波谱的开拓使用过程，图1-1所示是电磁波波谱图。

在图1-1中，按照频率的高低（波长的长短）将电磁波谱划分为以下各种波段：超波长、长波、中波、短波、米波、分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波等波段，20世纪70年代又进一步开拓使用了微米波段。其中分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波通称为“微波”，即将电磁波谱中的300MHZ~3.0THZ的电磁波波段通称为“微波波段”。微波技术就是研究微波信号的产生、放大、传输、接收、控制、测量、使用的方法。

1.2 微波及微波技术的特点

概括起来微波的特点主要有一下几点：

1. 与光相似

微波波长与无线电设备的线长度差不多，都很小。因此当微波射到一些物体上时，会产生反射和折射，而这种反、折射和光的反、折射相似。并且微波传播的特性也和几何光学相似，能像光线一样地直线传播且容易集中，这种特性简称为似光性。可以利用微波这一特性获得方向性好、体积小的天线设备。

同时微波波长与无线电设备尺寸相当的特点，使得微波又呈现另一种特性：似声性，即与声波有相似的特征。

1. 振荡周期与电子的渡越时间相当

电子在真空管内的渡越时间与微波的振荡周期接近这种特性也称为共度性。这一特性已经广泛的应用于微波电子学。微波电真空器件的制造就是基于微波的共度性，通过微波电真空器件可以得到微波振荡源。

1. 穿透性

穿透性就是当微波照射在介质物体上时，能够深入该物体内部的特性。微波的穿透性使得微波在日常生活中应用广泛。例如：微波能够穿透电离层；微波能穿透生物体，在医学疗法中具有重要的作用，也是重要的工具；又如：微波中的毫米波能穿透等离子体，是导弹和航天器返回大气层实现通信的重要工具。

1. 信息容量大

微波波段的信息容量是非常大的，即使其相对带宽很小，但它可用的频带也是很宽的，可达数百甚至上千兆赫。所以微波在现代多路通信系统，包括卫星通信系统中起到了至关重要的作用。此外，微波信号还可提供相位信息、极化信息、多普勒频率信息。这些信息在目标探测、遥感、目标特征分析等应用中是十分重要的。

1. 非电离性

微波的量子能量不是很大，因而不会改变物质分子的内部结构更不会破坏其分子的化学键，所以微波和物体之间的作用是非电离的。而由物理学可知，在微波范围，分子、原子和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更容易发生，因此微波在为探索物质的内部结构和基本特性中有着很重要的作用。

1.3 微波技术的发展

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