[發明專利]一種可調微波諧振腔

有效

• 申請號: 201710906880.2
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107706494B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發明（設計）人: 向勇;劉思豪;王聰
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01P7/04
• 分類號: H01P7/04;H01P7/06;H01P11/00
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 閆樹平

本發明屬于材料電磁學參數的測量技術領域，具體涉及一種可調微波諧振腔。本發明通過在四分之一波長同軸諧振腔腔體內填充高介電常數的液體取代空氣，以及活塞結構，實現了四分之一波長同軸諧振腔的小型化和頻率可調。

技術領域

本發明屬于材料電磁學參數的測量技術領域，具體涉及一種可調微波諧振腔。

背景技術

近十年來，隨著微波技術的快速發展，微波介質材料在微波通信、雷達、航空航天、醫療檢測中得到廣泛應用。介電常數是微波介質最重要的參數之一，因此在制造微波介質材料時，準確的測量介電常數具有十分重要的意義。

常用的介電常數測量方法是使用末端開孔的四分之一波長同軸諧振腔，通過開孔與介質材料接觸，四分之一波長同軸諧振腔內的電場將會受到干擾，通過測量諧振腔工作前后的諧振頻率和品質因數就可以得到介質材料的介電常數；因此四分之一波長同軸諧振腔的設計十分重要。

現有的四分之一波長同軸諧振腔由金屬腔體和金屬內導體構成，金屬腔體與內導體之間填充空氣或固體作為介質。

目前使用的四分之一波長同軸可調諧振腔填充的介質為空氣，其相對介電常數為1；在低頻段比如幾百兆赫茲時，其諧振腔的長度為數十厘米。過大的尺寸不利于在實際工程中的使用。而諧振腔的小型化通常采用在諧振腔內部添加固體的高介電常數材料，如藍寶石等，或者添加人工結構，但這些結構一旦設計完成其主模頻率就固定，常用的頻率調節手段，如加調諧螺桿、改變腔體長度等方式由于會破壞其中添加的固體材料或人工結構而無法使用。如果需要測試多個頻率，就需要不同頻率的諧振腔，這極大地增加了成本。

發明內容

針對上述存在問題或不足，為同時實現四分之一波長同軸諧振腔小型化和頻率可調的問題，本發明提供了一種可調微波諧振腔，其填充介質為液體。

該可調微波諧振腔，包括金屬腔體和金屬塞。金屬塞與金屬腔體的內腔大小相適應，并置于金屬腔體內構成在金屬腔體中滑動的活塞裝置。

金屬塞上設有輸入與輸出孔、橡膠活塞、兩個注水孔和金屬柱。

輸入與輸出孔尺寸同標準SMA接頭一致，用于外接SMA接頭，由于具有互易性，輸入輸出可互換。

金屬柱與金屬塞為一個整體，金屬柱作為金屬內導體，其長度短于金屬腔體的高度，使其另一端不與金屬腔體底部接觸。

金屬塞連接金屬柱一面固定有一個大小相適應的橡膠活塞，通過橡膠活塞實現金屬塞與金屬腔體內部的良好密封性。

兩個注水孔，用于向金屬腔體內注入液體，并配以大小相適應的橡膠防水塞，使用時金屬腔體的腔中注滿液體。

金屬腔體底部設有通孔，通過通孔對介質材料進行測量，并配以大小相適應的橡膠防水塞，通孔半徑≤0.5mm，由于通孔很小，大氣壓強使得腔體中的液體不會泄露出來。未注水時通過橡膠塞將通孔密封，待注滿液體之后去掉橡膠塞。

所述液體為介電常數高于空氣且不導電的液體。

使用時，首先通過橡膠塞將通孔密封，將金屬塞滑動至金屬腔體頂部，通過一個注水口注滿液體；然后除去金屬腔體底部通孔上的橡膠塞，通過輸入輸出口連接矢量網絡分析儀觀察諧振頻率，再通過滑動金屬塞將諧振頻率調至需要的工作頻率，此時腔體內的液體從通孔排除。

進一步的，所述金屬柱與金屬塞采用一體化制造或分別制造后再固定連接。

將同軸波導的一端進行短路就構成了同軸諧振腔。因為同軸諧振腔在Z軸有了短路面，所以構成了理想電壁邊界條件，使得同軸波導在Z方向上的相位常數β不連續，通過電耦合或者磁耦合的方式在腔體內激勵起的電磁場在短路處被反射，因此引入一個變量使得電磁波在Z方向上呈駐波分布。諧振腔的諧振條件為：