声表面波谐振器

谐振器前言

最基本的谐振器件是介质谐振器。要想了解介质谐振器的工作原理首先要了解金属波导与谐振腔。

谐振器一般特性

金属波导的一般特性

传输电磁能量或电磁信号的途径可分为两类，一类是电磁波在空间或大气中的传播，另一类是电磁波沿波导系统的传播。人类最初应用的电磁波导波系统是双线传输线，双线传输线主要用在频率较低的场合，当使用频率逐步提高时，双线传输线的传输损耗以及辐射损耗急剧的增加，为了克服辐射损耗，采用了同轴线结构。但是同轴线中所采用的模式仍然是TEM 模，必须有内外两根导体，到了频率更高时内导体的损耗变得很严重。在微波频段即分米波段和厘米波段人们发现，用一根中空的金属管来传输电磁波是可行的和方便的。在空管中不可能传播 TEM模式，因此采用 TE 模或 TM 模，这就是金属波导或称为波导管。到了短毫米波段及亚微毫米波段金属波导的截面积尺寸太小，加工不易，因此采用介质波导作为传输系统。在光波段使用光学纤维和光波导也是介质波导。 光学纤维简称光纤已成为传输电磁信号的主要手段。为了近似地实现短路面的边界条件可以用具有高导电率的导体即金属构成的边界面，这样就形成金属波导或称波导管。金属波导可以由一根波导管构成，也可以由多根波导管构成。略去导体表面损耗时，可将边界看作短路面。波导波的特点是存在一个截止频率，当工作频率高于截止频率时，纵方向为快行波，横方向为驻波，工作频率低于截止频率时，纵方向成为衰减场或渐消场，横方向仍然为驻波。金属波导的传播特性为ωc=T/（με）1/2=cT/（με）1/2或Fc= cT/2∏（με）1/2临界状态下，电磁波在介质中的波长就是横向波长，即λT=2∏/T=1/fc（με）1/2相应的临界状态下真空中的波长称为临界波长。当电磁波的角频率大于波长的临界角频率时，电磁波可在波导中传播，反之，波导是截止的。临界角波数决定于波导的截面形状和尺寸。

谐振器波阻抗

金属波导的波阻抗

金属壁是由良导体构成而非理想导体，因此电磁波在波导中传播时一定会有功率损耗，从而造成电磁波沿传播方向上的衰减。其衰减常数为： а=1/4σδ*H2dL/P； 式中，L 为波导的横截面的闭合边界线；P 为波导中传输的功率流，σ为波导壁的导电率；δ为波导壁材料中电磁波的趋肤深度。完全被短路面或开路面包围的封闭电磁系统就是谐振系统。通常用高导电率的导体即金属近似地实现短路面的边界条件，这就是金属壁的谐振腔。当略去腔壁损耗，即认为腔壁由理想导体构成，同时腔内充满不导电的无损媒质时，就是理想的谐振腔。 在描述谐振腔之前先做如下定义；矩形波导和矩形谐振腔的边界面与矩坐标系统的做表面重合。谐振腔的高度为b、宽度为a。当矩形波导中a>b时，TE10模的临界角波数最小，即临界角频率最低，因此TE10模为最低模。当ba/2 时，TE01模为次低模。 当矩形波导中 a=b 时，称为正方形截面波导，此时 TE10 模与 TE01 模临界角频率相同，此时的波导单模的传输带宽为零。因此正方形的波导没有实际用途。圆柱坐标系的波导与谐振腔　研究边界面与圆柱坐标系统的坐标面重合的波导和谐振腔，他们包括圆波导，同轴线，圆柱腔，同轴腔，扇形截面波导与谐振腔等柱形系统。也包括径向线，喇叭波导等非柱形波导系统。 柱形波导的临界波长λ为：λcTM= 2∏/TTM（με）。

谐振器当固有频率接近相等时可以得到最大振幅，我们生活中用到的收音机，当收音机是IC回路固有频率和发射频率一致时，在IC回路才可以得到最大振幅的信号，从而收到清晰的声音，通常调谐就是改变IC回路的电感或者电容的大小来实现改变回路的固有频率达到调谐选台的，谐振器就是让某个频率信号通过，阻挡其他频率信号，达到选择的目的，当信号频率和谐振器固有频率相等时，该信号顺利通过就像通过一个小电阻（或导线）一样，当远离固有谐振频率的频率试图通过它就像一个大阻抗。2100433B