高周波共振空洞のQ値の測定

 

1.Q値の定義

 Q値は以下の式(1)で定義される

   Q=ωW/P (1)

ここで、Wは空洞の蓄積エネルギー、Pは消費電力(=入力電力)である。このQ値を用いると、蓄積エネルギーW、電場Eの時間変動は、

周波数の重ね合わせで書くと、

これを図にすると、下のようになる。

つまり、Q値は共振の周波数幅を表していることがわかる。


2.Q値の測定方法

 式(3)より、最大値の半分の値での周波数幅Γを測定することができれば、

    Q=ω0/Γ (4)

より、求めることができる。


 この周波数幅を測定するために、下のような測定器を用いる。

 左図では、信号発生器から高周波を空洞に入れ、空洞からループを通して蓄積エネルギーの一部を取り出し、検波した後にオシロスコープで測定している。そして、徐々に高周波の周波数を変化させていけば、上図のような周波数変化を得ることができる。


 右図のネットワークアナライザは左図の信号発生器とオシロスコープのような測定器を1台に内蔵した測定器で、直接画面に周波数変化の図を表示する。つまり、ネットワークアナライザの出力は横軸が周波数で、縦軸が RFin 端子に入力した高周波電力になっている。