谐振腔的激励与耦合

§4.7 谐振腔的激励和耦合
微波谐振腔必须与外电路相连接作为微波系统的一个部件才能工作,即它必须由外电路引进微波信号在腔中激励起
所需模式的电磁振荡;腔中的振荡必须通过电磁耦合才能将腔内的部分能量输送到外界负载上去.由于微波元件大多数
都具有互逆性,谐振腔的激励和耦合结构及工作特性是完全一样的,即一个元件用作激励或耦合时其特性相同.两者的差
别只是波的传播方向相反而已.
对谐振腔的激励(或耦合)元件的基本要求,是它必须保证能在腔中吉利起所需的振荡模式,而又能避免其他干扰模
式的产生.谐振腔中某一振荡模式的建立,是通过激励元件首先在腔中某一局部区域激励起与所需模式相一致的电场或
磁场分量,然后在由这一电场或磁场在整个腔中激励起所需的振荡.根据激励方式的不同;一般分为电耦合、磁耦合、绕
射耦合和电子耦合四种。

下面分别对它们作简单的定性的介绍。

一、电耦合（探针耦合）
它是利用插入谐振腔壁孔的一个探针来实现的，即通过电场的作用来实现耦合，因此称为电耦合。

为激励起腔中
所需的振荡模式，要求探针轴线方向和腔中所需要模式在该处的电力线方向一致。

探针耦合常用于同轴传输线与谐振
腔的耦合。

这时探针即由同轴线内导体延伸至腔内所构成。

二、磁耦合
磁耦合是利用通过谐振腔壁的小孔而引入的耦合环实现的，因此也称为环耦合。

耦合环是通过磁场耦合以激励腔
中所需的振荡模式，因此耦合环平面的法线，应与腔中磁力线平行，或者说，腔中振荡模式的磁力线应穿过耦合环，
才能实现所需的模式。

耦合环也常用用于同轴线与谐振腔的耦合，它由同轴的内导体在腔中延伸并弯曲成环状，且的末端与腔壁要有良
好的接触，以保证高频电流有闭合回路。

三、绕射耦合（小孔耦合）
波导与谐振腔的耦合通常是采用小孔耦合方式，它是利用谐振腔与波导的公共壁上开小孔或槽孔来实现的，谷又
称小孔耦合。

耦合孔位置的选择，应使孔所在处腔中所需模式的电力线或磁力线（或者两者兼而有之）与波导中传输
波型在该处的同类力线相一致。

因为这种耦合是利用电磁波的绕射特性来实现的，所以称为绕射耦合。

采用孔耦合时，耦合的强弱和耦合孔的大小、形状及孔的位置有关。

而孔的形状通常有小圆孔、椭圆孔等。

四、电子耦合
在微波电子管中，谐振腔中的电磁振荡是由管内的电子束激励的，称为电子耦合。

在这种情况下，电子束先由直
流高压加速，随后让它通过谐振腔中电场集中的间隙，使它在腔壁上产生高频感应电流并在腔中激发高频场，当高频
场的相位能保证电子束通过间隙时为减束场，则电子束就把部分动能交给腔中的高频场，从而使腔中的振荡增强，如
此不断地交换，便在腔中激励起稳定的电磁振荡，从而实现了由直流电能向高频能量的转换。

五、利用耦合装置避免干扰模的产生
前已指出，在谐振腔的设计中应尽量避免高次模的影响，这对腔体尺寸的选择应尽量使高次模不出现外，还应合
理设计耦合装置，使干扰模不被激励或不被耦合输出到负载中。

解决的方法是：
1.选择耦合元件的位置,使所需激励或耦合输出的模式的力线与干扰模式的力线方向不同,从而使干扰模式不能被
激励或耦合,或者对干扰模来说,是很弱的耦合.
2.选择耦合元件的位置,以使该处是腔内所需模式的场强为最大,而干扰模式的场强为最小.。