《测控技术》2006年第25卷第12期 一种测量微波高Q谐振腔品质因数的新方法 张磊,韦高,冯萍丽 (西北工业大学电子信息学院陕西西安710072) 摘要:传统的谐振腔品质因数扫频测量方法在实际测量时存在一定的限制。为此,针对微波高Q谐振 腔,给出了一种测量其品质因数的新方法,该方法可以根据实测的谐振曲线灵活选取测量点,有效解决 了传统方法中由于谐振腔受外电路影响导致测量误差较大的问题。釆用该方法对一个微波高Q谐振 腔进行测量,得到了较好的结果 关键词:品质因数;谐振腔;微波测量;半功率带宽 中图分类号:TM930文献标识码:A文章编号:1000-8829(2006)12-020-02 A New Method for Measuring Quality Factor of a High-Q Cavity Resonator ZHANG Lei, WEI Gao, FENG Ping-li Department of Electrical and Information, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China) Abstract: The conventional swept frequency method for measuring quality factor of a cavity resonator is limited in practical use. Therefore, based on microwave high-Q cavity resonator, a new technique of calculating the quality factor through theoretical derivation is presented, which allows flexibility in choice of measurement point. This method solves the problem of coupling system influence, which can cause larger error in measuring When it is applied to a microwave high-Q cavity resonator, this approach provides better results Key words: quality factor; cavity resonator; microwave measurement; bandwidth of half power 谐振腔在微波电路中广泛用作滤波器振荡器频 Q1=f0/4f 率计、调谐放大器等微波元器件,它也是许多微波测量式中,4=2-f,即腔体吸收功率的半功率带宽,而腔 系统的重要组成部分。品质因数是表征谐振腔电磁特体吸收功率P等于入射功率P,与反射功率P之差 征的基棒参量之一,因此对谐振腔品质因数的准确测即P(=P,-P=P,[1-r(12],代入P(f)= 量是其正确应用于各微波电路与微波系统的前提。谐PG)=P。/2可得 振腔品质因数的测量主要有驻波法逐点测量和反射法 r。12+1 扫频测量两大类。前一种方法存在测量效率低下、 测量精度不够等问题,现在已经很少采用;反射法扫频其中,F为谐振时的反射系数,被测腔的品质因数Qo 测量速度快、精度高,而且随着网络分析仪的广泛应由下式给出 用,测量系统的复杂度降低,测量精度进一步提高,反 Q0=(1+B)Q 射法已经成为目前工程上普遍采用的一种Q值测量式中,B是腔体与外电路的耦合度2,且有 方法 1+Fo1 传统的反射法扫频测量是将待测腔作为单口网络 1-F (B>1) (4) 接在网络分析仪的测量端口,在其谐振点附近测出反 11-F (B<1) 射系数随频率∫变化的曲线,有载品质因数Q由 式(1)给出 此方法测量原理简单,当外电路与被测腔的耦合 度B=1时,r(Gf)12=rA)12=1/2,此时的4f即 收稿日期:2006- 为r(的3dB带宽,但在很多情况下B≠1,半功 作者简介:张委(1983-),男,安徽淮北人,在读硕士研究生,主率带宽必须由式(2)算出,这可能导致测量误差,比较 要研究方向为微波测量;韦高(19%63一),男,山东单县人,教授,典型的谐振曲线如图1所示,曲线a是理想的谐振曲 主要从事电磁计算微波测量等方向的研究;冯萍丽(1980-),线,但是由于耦合系统的幅频特性曲线不平坦,导致半 女陕西渭南人,在读硕士研究生,主要研究方向为微波测量。功率点附近的谐振曲线变形,实测的谐振曲线如图1 万方数据·20· 《测控技术))2006年第25卷第12期 一种测量微波高Q谐振腔品质因数的新方法 张磊，韦高，冯萍丽 (西北工业大学电子信息学院，陕西西安710072) 摘要：传统的谐振腔品质因数扫频测量方法在实际测量时存在一定的限制。为此，针对微波高Q谐振 腔，给出了一种测量其品质因数的新方法，该方法可以根据实测的谐振曲线灵活选取测量点，有效解决 了传统方法中由于谐振腔受外电路影响导致测量误差较大的问题。采用该方法对一个微波高Q谐振 腔进行测量，得到了较好的结果。 关键词：品质因数；谐振腔；微波测量；半功率带宽 中图分类号：TM930 文献标识码：A 文章编号：1000—8829(2006)12—0020—02 A New Method for Measuring Quality Factor of a High·Q Cavity Resonator ZHANG Lei，WEI Gao，FENG Ping—li (DepanrIaent of Electrical and Information，Northwestern Polytechnical University，Xi’all 710072，China) Abstract：The conventional swept frequency method for measuring quality factor of a cavity resonator is limited in practical use．Therefore，based on microwave high-Q cavity resonator，a new technique of calculating the quality factor through theoretical derivation is presented，which allows flexibility in choice of measurement point．This method solves the problem of coupling system influence,,wh!oh can Cause larger error in measuring． When it is applied to a microwave high-Q cavity resonator，：this approach provides better results． Key words：quality factor；cavity resonator；microwave measurement；bandwidth of half power 谐振腔在微波电路中广泛用作滤波器、振荡器、频 率计、调谐放大器等微波元器件，它也是许多微波测量 系统的重要组成部分。品质因数是表征谐振腔电磁特 征的基本参量之一，因此对谐振腔品质因数的准确测 量是其正确应用于各微波电路与微波系统的前提。谐 振腔品质因数的测量主要有驻波法逐点测量和反射法 扫频测量两大类…。前一种方法存在测量效率低下、 测量精度不够等问题，现在已经很少采用；反射法扫频 测量速度快、精度高，而且随着网络分析仪的广泛应 用，测量系统的复杂度降低，测量精度进一步提高，反 射法已经成为目前工程上普遍采用的一种Q值测量 方法。 传统的反射法扫频测量是将待测腔作为单口网络 接在网络分析仪的测量端口，在其谐振点附近测出反 射系数I厂f随频率．厂变化的曲线，有载品质因数Q，由 式(1)给出 收稿日期：2006一04—29 作者简介：张磊(1983一)，男，安徽淮北人，在读硕士研究生，主 要研究方向为微波测量；韦高(1963一)，男，山东单县人，教授， 主要从事电磁计算、微波测量等方向的研究；冯萍丽(1980一)， 女，陕西渭南人，在读硕士研究生，主要研究方向为微波测量。 仍=fo／Af (1) 式中，Ⅳ=五-f,，即腔体吸收功率的半功率带宽，而腔 体吸收功率P等于入射功率P+与反射功率P一之差， 即P∽=P+一P一=P“1一If(力l 2]，代人P(f1)= P魄)=Po／2可得 l厂瓴)I：：I r(f2)I z：掣(2) 其中，几为谐振时的反射系数，被测腔的品质因数Q。 由下式给出 Qo=(1+卢)Q。 (3) 式中，JB是腔体与外电路的耦合度口]，且有 卢：Jp0=器∽11 ㈤ ‘l上Po=导1等Fo L 一 (JB<1) +I Lp～1， 此方法测量原理简单，当外电路与被测腔的耦合 度芦=1时，l厂(Z)I 2=I F(A)I 2=1／2，此时的Ⅳ即 为厂∽的3 dB带宽131，但在很多情况下JB≠1，半功 率带宽必须由式(2)算出，这可能导致测量误差，比较 典型的谐振曲线如图1所示，曲线a是理想的谐振曲 线，但是由于耦合系统的幅频特性陷线不平坦，导致半 功率点附近的谐振曲线变形，实测的谐振曲线如图1 万方数据