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耦合谐振器滤波器的设计
篇一:谐振耦合
谐振器滤波器的实现可分为四个步骤：
第一步是初步计算，根据给定的谐振频率、带宽、耦合矩阵和输入输出阻抗计
算出阻抗变换矩阵[K]。
第二步设计出输入输出耦合窗孔和谐振器之间的耦合窗孔尺寸以实现阻抗变换
矩阵。
第三步，设计每一个谐振腔的尺寸，可以同步调节双模的谐振频率。
第四步，利用计算机进行辅助调节和优化。
耦合谐振器滤波器最基本的耦合结构大体如下：
馈源只与一个谐振器耦合，负载端仅与一个谐振器耦合，且中间只有一
条耦合路径即主路径，各级谐振器之间逐级耦合。这种类型的谐振器滤波器无
有限传输零点。但是最优化滤波器的理论要求滤波器应拥有尽可能多的有限传
输零点。于是经过发展，后来出现了线性相位滤波器【1】、双模（TE111）纵向
圆波导滤波器、由单模矩形波导和双模矩形波导分别折叠形成的滤波器【2】－
【3】，它们都具有有限传输零点。
可以证明，如果上述滤波器有N个谐振器，则可以最多产生N－2个传输零
点。传输零点（transmission zeros）就是陷波点，可以认为是响应曲线S21上的
零点。它可以在滤波器通带的单边或双边产生传输零点，以提高带外抑制。利
用传输零点可以使低阶数滤波器获得与高阶数滤波器同样好的特性。
【4】中提出了微波谐振器滤波器中几种新的耦合方式，与传统的偶合方式相
比较，馈源和负载端分别可以耦合不止一个谐振器，中间含有不止一条耦合路
径（包括主耦合、弱耦合）。附加的耦合能够使滤波器响应在阻带内产生衰减极
大值，利于形成优良的滤波特性曲线。这也使得设计师能够专注于单独的滤波
器部件设计，然后通过恰当的级联方式耦合起来。这样设计出来的滤波器便可
以通过仅仅改变谐振器的谐振频率来调整传输零点得位置，甚至可以使传输零
点从中心频率的一边变到另一边，无需变动耦合系数，从而保证了滤波器结构
实现的稳定性。
【5】中给出了这种多谐振器耦合滤波器的分析方法：利用耦合矩阵M进行
分析，避免了以往多次重复分析方法的繁杂。有关详尽的M分析与设计参见【6】
【7】中对于给定的一种含有N个谐振器的拓扑耦合结构，给出了计算其最
大传输零点数的算法。传输零点数有可能超过N－2个。
最后利用了加拿大Waterloo University RF/Microwave group的交互式仿真软
件【8】进行了仿真实验，结果附其后。
参考文献：
【1】 J.D.Rhodes，“The Generalized Direct-Coupled Cavity Linear Phase Filter”
【2】 R.Levy，“Theory of Direct-Coupled-Cavity Filters”
【3】 A.E.Atia and A.E.Williams，“Narrow-Bandpass Waveguide Filters”
【4】 Uwe Rosenberg，Smain Amari “Novel Coupling Schemes for Microwave Resonator Filters” 5
Multiresonator Coupling 】 Smain Amari，－Uwe Rosenberg “Adaptive Synthesis and Design of Resonator Filtera With Source/Load
谐振腔的激励与耦合
篇二:谐振耦合
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。谐振耦合。
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谐振耦合。谐振耦合。
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.
浅析谐振耦合式无线充电技术
篇三:谐振耦合
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浅析谐振耦合式无线充电技术
作者：杨盟瑶 毛先柏 徐传煜 潘东
来源：《中国新通信》2014年第01期
【摘要】 谐耦耦合式能量无线传输技术是一种新型的电能传输技术，具有重要的研究价值和实用价值，因而受到了学术界和工业界广泛关注。本文介绍了谐振耦合式无线充电技术的国内外研究现状，并针对该技术在电能传输上存在的部分疑难问题提出了相应的解决方向，然后阐述了该技术与RFID、智能家居、电动车等领域的创新结合，最后展望了其发展前景。
【关键词】 谐振耦合 无线充电 RFID 智能家居
一、引言
所谓无线充电技术通常指的是电能的无线传输技术，通俗的说，就是不借助实物连线实现电能的无线传达。这样做的好处是方便、快捷，减少在苛刻条件下使用电缆带来的危险性等。关于无线充电技术的研究开始较早，早在1900年，尼古拉·特拉斯就开始无线电能传输的实验，经过一百多年的发展，关于无线传电的方法多种多样，但是基本原理大概可以分为以下三种：电磁感应式、无线电波式、谐振耦合式，通过非辐射磁场内两线圈的共振效应实现中距离的无线供电。
从表1对比可知， 谐振耦合式无线充电技术的非辐射性、高效率等优点是其它无线充电技术无法相比的。所谓谐振耦合式就是利用接收线圈的电感和并联的电容形成共振回路，在接收端也组成同样共振频率的接收回路，利用谐振形成的强磁耦合来实现高效率的无线电能传输。该技术的出现引起了国内外学术界与工业界的巨大兴趣，被公认为目前最具发展前景的一种无线能量传输技术方案。
但是目前基于谐振耦合式的无线充电技术的研究偏向理论化，缺乏对实际应用有定量指导意义的研究成果，同时此技术传输功率较小远远不能完成大功率能量传输，也存在着能量损失较高等缺陷。但毋庸置疑，谐振耦合式无线充电技术对充电设备位置的灵活性以及充电设备的高效匹配性具有重要的实用价值。
二、国内外研究现状
无线能量传输的构想最早可以追溯到19世纪80年代，由著名电气工程师（物理学家）尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla）提出。为证实这一构想，特斯拉建造了巨大的线圈用于实验使用。由于实验耗资巨大，最终因财力不足没有得到实现，随后也一直被技术发展水平所限制。 国外对无线充电技术的研究开展的比较早。1968 年，美国著名电气工程师P. E. Glaser在W. C. Brown提出的微波无线能量传输（WPT）概念的基础上提出了卫星太阳能电站（SSPS）的概念。随后美国，日本和欧洲等国都试图把这项技术作为获取新能源的手段，但由于该方案