一种高效集中微波磁场谐振腔转让专利
申请号 : CN202110060992.7
文献号 : CN112904243B
文献日 : 2021-12-03
发明人 : 席京蕾 , 龙嘉威 , 李恩 , 张云鹏 , 高勇 , 高冲
申请人 : 电子科技大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种高效集中微波磁场谐振腔,其特征在于,包括主腔(1)、活塞(2)、填充介质(3)、固定环(4)、波导耦合结构(5)和耦合环结构(6);所述主腔(1)为圆柱形腔体,其两开口端设置活塞(2),所述活塞(2)在腔体竖直中心轴线上设置圆柱形通孔;所述填充介质(3)设置在主腔(1)内,为空心圆柱形并且与主腔(1)同心,其内径大于或等于圆柱形通孔的直径;所述固定环(4)设置于活塞(2)与填充介质(3)之间,用于固定填充介质(3);所述活塞(2)与主腔(1)内壁形成阶梯状缝隙,所述阶梯状缝隙包括靠近固定环的第一缝隙和远离固定环的第二缝隙,所述靠近固定环的第一缝隙的宽度小于第二缝隙的宽度,第二缝隙内填充吸波材料;所述主腔(1)侧壁中心对称设置两个通孔,分别连接波导耦合结构(5)和耦合环结构(6)。
2.如权利要求1所述的高效集中微波磁场谐振腔,其特征在于,所述固定环(4)的外径小于或等于主腔(1)的内径,内径与填充介质(3)的内径相等,且固定环(4)上设置有直径与填充介质厚度相同的圆柱形凹槽,该凹槽与填充介质的底面重合。
3.如权利要求1所述的高效集中微波磁场谐振腔,其特征在于,所述波导耦合结构(5)为谐振腔的输入端,波导耦合为强耦合;所述耦合环结构(6)为谐振腔的输出端。
4.如权利要求3所述的高效集中微波磁场谐振腔,其特征在于,所述波导耦合结构(5)采用标准矩形波导BJ100,波导的窄边垂直于腔体的中心轴线;所述耦合环结构(6)为同轴线馈电的磁耦合环,环面垂直于腔体的中心轴线。
5.如权利要求1所述的高效集中微波磁场谐振腔,其特征在于,所述主腔(1)和活塞(2)的材料为黄铜,并且在表面进行镀银处理,镀层厚度大于谐振腔工作频点电磁波的趋肤深度。
6.如权利要求1所述的高效集中微波磁场谐振腔,其特征在于,所述填充介质(3)在其内径相同的条件下,厚度越大,TE011模式的工作频率越低;高度越高,TE011模式的工作频率越低。
7.如权利要求1所述的高效集中微波磁场谐振腔,其特征在于,所述固定环(4)的材料为聚四氟乙烯。
8.如权利要求1所述的高效集中微波磁场谐振腔,其特征在于,主腔(1)的内壁直径为
21mm,高度为43mm;填充介质(3)的内径为4mm,外径为9mm,高度为20mm;固定环(4)的内径为
4mm,外径为20.8mm,高度为1.5mm,凹槽的高度为1mm。
说明书 :
一种高效集中微波磁场谐振腔
技术领域
背景技术
的工作频率覆盖了从米波、厘米波到毫米波频段,是微波、毫米波通信设备及电子系统中不
可或缺的器件,广泛地被应用于雷达、电子对抗以及高能物理粒子加速器、移动通信、人造
卫星、电视等军用和民用的各个方面。
微波铁氧体材料的重要参数,它不仅反映了材料的高功率性能,还反映了材料在远离共振
区的损耗特性,所以测量自旋波线宽对于铁氧体器件的设计以及铁氧体材料的研究具有重
要的意义。在测量铁氧体材料的自旋波线宽时,需要将材料置于较强的微波磁场的环境下,
而高微波磁场值一般需要输入功率较高。如在文献《微波铁氧体材料自旋波线宽测试系统
的研究》中采用大功率注入矩形腔的方法来完成铁氧体材料的自旋波线宽测试,该方法选
用的是TE104模矩形腔,腔体空气填充,对饱和磁化强度为1797Gs的铁氧体小球进行测试时,
注入谐振腔功率为48.7dBm,测得自旋波线宽为4.48Oe。该方案测试腔体没有高效集中微波
磁场,因此仍需要高功率微波源才可以测量较高自旋波线宽。但是高功率微波源以及相关
器件非常昂贵,所以若能在相对低的输入功率下就可以获得高微波磁场值进而测量大范围
自旋波线宽就显得尤为重要。
发明内容
下,使得微波磁场高效集中在谐振腔的中心,输入较低功率就可以在谐振腔中心处得到较
强的微波磁场,从而减小铁氧体材料自旋波线宽测试的成本。
竖直中心轴线上设置圆柱形通孔;所述填充介质3设置在主腔1内,为空心圆柱形并且与主
腔1同心,其内径大于或等于圆柱形通孔的直径;所述固定环4设置于活塞2与填充介质3之
间,用于固定填充介质3;所述活塞2与主腔1内壁形成阶梯状缝隙,靠近固定环的第一缝隙
的直径小于第二缝隙的直径,第二缝隙内填充吸波材料;所述主腔1侧壁中心对称设置两个
通孔,分别连接波导耦合结构5和耦合环结构6。
面重合。
轴线。
电常数较高,可以将电磁场聚集在蓝宝石环附近;同时,蓝宝石的损耗比较低,从而可以得
到较高的品质因数。
分布影响很小,但是会切断TM111模的纵向电流,TM111模和其他具有纵向壁电流的干扰模的
能量通过小缝隙进入大缝隙中,因此,在大缝隙处填充吸波材料吸收这些模式的能量,使得
干扰模难以产生谐振,进而很好地抑制了干扰模式TM111,留下所需的工作模式TE011模,保证
了测试结果的准确性。
的功率就可以在圆柱腔中心处得到较强的微波磁场,进而完成自旋波线宽测试。
到圆柱腔中,从而减小铁氧体材料自旋波线宽测试的成本。
附图说明
具体实施方式
腔1的内壁之间形成阶梯状的缝隙,小缝隙(缝隙距离主腔内壁的间距小)靠近固定环,在大
缝隙(缝隙距离主腔内壁的间距大)处填充吸波材料,主腔1内腔壁设置的台阶和活塞2设置
的台阶用于配合固定活塞2,活塞2在圆柱腔的竖直中心轴线上设置有圆柱形通孔;
环4,固定环中心轴与圆柱腔中心轴共线,外径小于或等于主腔内壁直径,内径与填充介质
的内径相同,且固定环上设置有一个直径与填充介质厚度相同的圆柱形凹槽,该凹槽底面
与填充介质的底面重合;所述波导耦合结构5为谐振腔的输入端,波导耦合为强耦合,可以
将大部分的能量馈入到圆柱腔中;所述耦合环结构6为谐振腔的输出端,用于提取输出信
号。
蓝宝石,因为蓝宝石的介电常数比较高,可以将电磁场聚集在蓝宝石的附近,同时,蓝宝石
的损耗比较低,从而可以实现较高的品质因数。经过仿真优化,得到蓝宝石环的尺寸为:内
径4mm,外径9mm,高度20mm。固定环的材料为聚四氟乙烯,固定环的内径为4mm,外径为
20.8mm,高度为1.5mm,凹槽的高度为1mm。微波输入端口采用波导耦合结构,具体选用标准
矩形波导BJ100,其窄边平行于圆柱腔的上下底面;微波输出端口采用耦合环结构,具体选
用同轴线馈电的磁耦合环,其环面平行于圆柱腔的上下底面。
小,根据TE011模式的电磁场分布特点,其磁力线和电场线分布图如图2所示,因此可以将微
波磁场高效集中在圆柱腔中心处,输入较低的功率就可以在圆柱腔中心处得到较强的微波
磁场,进而可以将待测样品通过活塞处的圆柱形通孔放置到圆柱腔中心处进行自旋波线宽
的测试。图3为本发明谐振腔在输入功率30dBm时的腔体内水平中心轴线的纵向磁场强度分
布。如图3所示,输入功率为30dBm时,HFSS仿真得到的谐振腔中心处的磁场强度为
1323.3524A/m。
质的损耗较低,可以得到较高的品质因数。用矢量网络分析仪测量的传输特性曲线如图5所
示,根据传输特性曲线,可以由下式求出有载品质因数QL,
为10289。
z为纵向的变量。
法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均可以任何方式组合。