什么是腔腔谐振器，如何在PCB设计中使用

2019年12月6日

Cadence PCB解决方案

腔腔谐振器系综

一提到蛀牙这个词，我们大多数人就会想到根管、洗牙和牙科保险。或者，情况可能更糟，“搜索”这个词前面加了“腔”，在飞行前检查时，排在我前面几位的这位可怜的先生就是这种情况。我不知道是什么促使TSA将他除名，但他脸上的表情是无价的。

现在在电子领域，“腔”这个词不会引起畏缩和“哦不”的表情。我猜是因为像共振器这样发人深省的词紧随其后，或者像微波和射频这样的词先于它。

在任何一种情况下，腔腔谐振器都是一种特殊类型的谐振器，它由封闭或大部分封闭的金属结构组成，将电磁场限制在光谱的微波区域。在接下来的几段中，我们将讨论什么是空腔谐振器，它们的功能，以及它们在电子领域的应用。

什么是空腔谐振器?

空腔谐振器的定义是一种电子设备，通常由金属墙围合的空间组成，在其中谐振电磁场可以被激发和提取，用于微波系统。它还具有在一个或多个频率上振荡的明显倾向，其中一个具有最高振幅的特征。此外，这些频率是由尺寸和质量，或其他质量，如声学，电磁或电。

腔腔谐振器由一个外壳组成，其中空心空间的尺寸决定谐振频率。总之，腔腔谐振器在某些频率(谐振频率)上的振幅自然比在其他波长上的振幅高。一般来说，许多共振频率源于物理系统显示一个以上的自由度(DOF)。

相比之下，调谐LC(电感/电容)电路具有约束限制，将其限制在单一窄频谱带。总的来说，频率较高的电子电路不适合用作谐振器。这是由于并联电容带来的衰减。因此，例如，微波发射器使用空心金属盒，作为波导系统的一部分。

腔腔谐振器的功能

大多数谐振腔是由波导或高介电常数介电材料的闭合或短路部分制成的。在功能方面，电和磁能的存储发生在谐振腔本身。此外，唯一的能量损失是由于腔壁的有限电导率和填充腔的材料的介电损失。

在每个腔中，你会发现与电磁场模式相关的多个谐振频率，在腔壁上保持所需的边界条件。由于共振时必须满足这些边界条件(在腔壁处切向电场必须为零)，因为它遵循腔长，所以共振时它必须是半波长的整数倍。

因此，你可以考虑一个谐振腔，一个波导等效于一个短路的半波长传输线谐振器。谐振腔的质量因子或Q因子是描述振荡器或谐振腔欠阻尼程度的无量纲参数。简而言之，它是在振荡期间储存在谐振腔中的峰值能量与周期或周期的每弧度能量损失的比率。或者，Q因子是谐振器的中心频率与它的带宽的比率，当受到振荡驱动力。此外，可以利用腔微扰理论和存储的电能和磁能的表达式来计算。

腔内的电磁场通过外部连接被激发。外部电源通常通过一个小孔径、一个小导线探头或一个回路耦合到腔体上。外部或外部耦合结构影响腔体性能，这是在整体分析时必须考虑的因素。

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