Mikrowellenresonatoren

Mikrowellenresonatoren sind elektromagnetische Bauelemente, die elektromagnetische Felder bei Mikrowellenfrequenzen in einem begrenzten Raum resonant speichern und dabei schwingende Felder mit definierten Frequenzen und Feldmustern erzeugen. Sie dienen der selektiven Feldspeicherung, Frequenzbestimmung, Signalteilung und Kopplung in Mikrowellenschaltungen.

Es gibt verschiedene Bauformen. Metallische Hohlraumkavitäten bestehen aus leitfähigen Metallen wie Kupfer oder Aluminium und besitzen zylindrische, rechteckige oder komplex geformte Geometrien. Dielektrische Resonatoren verwenden keramische Materialien mit hohem Dielektrizitätswert, typischerweise als Scheiben- oder Zylinderformen, um das Feld in kleineren Volumen zu speichern. Superschalfaresonatoren aus Niobium oder anderen Supraleitern ermöglichen bei Tiefkühlung extrem hohe Gütenfaktoren. Es existieren auch koaxiale oder Halbkavitäten, die als Koppler oder Filterkomponenten dienen.

Funktionsprinzip ist die Lösung der Maxwell-Gleichungen mit den Randbedingungen der Begrenzung. In Kavitäten treten charakteristische Resonanzmoden auf, meist TE- oder TM-Moden, deren Frequenzen durch Abmessungen, Materialparameter und Geometrie bestimmt werden. Der Gütefaktor Q beschreibt, wie lange die Energie gespeichert bleibt, und wird durch Materialverluste, Leiterverluste und Kopplungen beeinflusst. Die Kopplung an externe Signale erfolgt über Irises, Schleifen oder Antennen; das Spektrum lässt sich durch mechanische oder temperaturabhängige Einstellmöglichkeiten justieren.

Typische Anwendungen umfassen HF-Filter, Mikrowellenoszillatoren, Frequenzstandards, Mess- und Spektrumanlagen, Radarsysteme sowie beschleunigertechnische RF-Kavitäten. Materialien bestimmen Leistungsfähigkeit: Kupfer und Aluminium als Standard, Keramikdielektrika für Dielektrik-Resonatoren, und bei Bedarf Supraleitungen für extrem hohe Q-Faktoren bei Kältebedingungen.