CN107732401A - 一种微波同轴谐振腔 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料电磁学参数的测量技术领域，具体涉及一种微波同轴谐振腔。本发明通过在四分之一波长同轴谐振腔腔体内填充高介电常数的液体介质取代空气或固体介质，实现小型化技术效果。并且由于采用液体介质，因此其成本低廉(如选用纯净水)，并不需要进一步的结构加工，减少工艺成本。因此相比固体介质的四分之一波长同轴谐振腔，成本低廉以及工艺简单；相比空气介质结合结构设计，工艺简单，制造成本低廉。

Description

一种微波同轴谐振腔

技术领域

本发明属于材料电磁学参数的测量技术领域，具体涉及一种微波同轴谐振腔。

背景技术

谐振腔作为一种在微波频段的谐振电路，在微波和射频领域具有很广泛的应用。谐振腔通常由封闭的金属腔体构成，电场和磁场被约束在腔体内，不会通过辐射损耗能量。随着微波与射频技术的发展，对于谐振腔小型化的要求越来越高。

现有的四分之一波长同轴谐振腔由金属腔体和金属内导体构成，金属腔体与内导体之间填充空气或固体作为介质。

由于四分之一波长谐振腔的腔体长度与谐振腔主模的波长有关，目前使用的四分之一波长同轴谐振腔填充的介质为空气，其相对介电常数为1。在低频段比如几百兆赫兹时，比如在VHF和UHF频段，其谐振腔的长度为数十厘米。过大的尺寸不利于在实际工程中的使用。

目前对于四分之一波长谐振腔小型化的方面，主要通过采用固体介质或空气介质结合结构设计作出的改进。但是固体介质的成本以及工艺相对复杂，空气介质结合结构设计也存在工艺复杂即制造成本的不足。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为解决现有四分之一波长同轴谐振腔小型化技术问题，本发明提供了一种微波同轴谐振腔。

该超小型化同轴谐振腔，包括金属腔体盖、橡胶防水圈、金属腔体和液体介质；金属腔体内的空腔盛放液体介质；金属腔体盖、橡胶防水圈与金属腔体顶部开口大小相适应，金属腔体盖盖住金属腔体并固定连接，通过橡胶防水圈实现密封。

所述金属腔体盖上设有输入与输出孔、两个通水孔和金属柱。

输入与输出孔尺寸同标准SMA接头一致，用于外接SMA接头，由于具有互易性，输入输出可互换。

金属柱与金属腔体盖为一个整体，金属柱作为金属内导体，其长度短于金属腔体的高度，使其另一端不与金属腔体底部接触。

两个通水孔用于金属腔体的腔内液体介质流通，并配有大小相适应的橡胶防水塞。

所述金属腔体作为金属外导体，金属腔体盖与金属腔体固定连接。

所述液体介质为介电常数高于空气且不导电的液体。

使用时，首先让2个通水孔打开，通过一个通水孔将金属腔体内注满纯净水；然后将2个通水孔塞入橡胶防水塞，即可使用。

将同轴波导的一端进行短路就构成了同轴谐振腔。因为同轴谐振腔在Z轴有了短路面，所以构成了理想电壁边界条件，使得同轴波导在Z方向上的相位常数β不连续，通过电耦合或者磁耦合的方式在腔体内激励起的电磁场在短路处被反射，因此引入一个变量使得电磁波在Z方向上呈驻波分布。谐振腔的谐振条件为：

其中n＝1,2,3…，在Z轴方向上谐振腔引入的相位变量，β是相位常数，l为谐振腔的长度。对于本次提出的四分之一波长同轴腔，其一端为短路，另一端为开路，所以 可以得到：

根据波长λ与相位常数β的关系可得：

其中ε为相对介电常数。

由于本次发明的为四分之一波长同轴腔，所以四分之一波长同轴腔得谐振频率可表示为：

纯净水的相对介电常数为81，通过同轴谐振腔理论可知相对于空气填充的四分之一波长同轴谐振腔，纯净水填充的四分之一波长同轴谐振腔的腔体长度为1/9。这使得在几百兆赫兹频段的四分之一波长同轴谐振腔的腔体长度可以缩减至厘米级。

本发明通过在四分之一波长同轴谐振腔腔体内填充高介电常数的液体介质取代空气或固体介质，实现小型化技术效果。并且由于采用液体介质，因此其成本低廉(如选用纯净水)，并不需要进一步的结构加工，减少工艺成本。因此相比固体介质的四分之一波长同轴谐振腔，成本低廉以及工艺简单；相比空气介质结合结构设计，工艺简单，制造成本低廉。

综上所述，本发明在保证小型化的同时，实现了工艺简单，成本低廉。

附图说明

图1为本发明提供的一种小型化谐振腔；

图2为金属腔体盖；

附图标记：金属腔体盖-1，金属腔体-2，输入与输出孔-3，金属柱-4，橡胶防水圈-5，纯净水-6，通水孔-7。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

本实例以340MHz为例，通过HFSS仿真软件求解，确定在340MHz时四分之一波长同轴谐振腔的参数。

如图1所示，一种超小型化微波谐振腔包括金属腔体盖1，金属腔体2，金属腔体盖上输入输出孔3，金属柱4，橡胶防水圈5，腔体内填充纯净水6，金属腔体盖上通水孔7。

金属腔体2为一端开口的中空圆柱体，金属腔体2的壁厚为3mm，腔体高度为23mm，腔体内径为12mm。金属腔体2开口处设有与金属腔体盖1匹配的螺纹，通过螺纹与金属腔体盖固定连接。金属腔体盖1上对称开设有输入与输出孔3，实际使用中，可视情况选择金属环或者金属探针对四分之一波长同轴谐振腔产生激励，输入输出孔的口径与标准SMA接头口径一致，且带有螺纹，便于与SMA接头连接。

金属腔体盖1与金属柱4一体化制造，金属柱4的长度15mm，使得金属柱4另一端不与金属腔体2接触。金属腔体盖1在与金属腔体2开口接触位置设置有橡胶防水圈5。

如图2所示，金属腔体盖上对称设有两个通水孔7，通水孔的口径为2mm，并配有橡胶防水塞，在对腔体进行注水或排水时拔出橡胶防水塞，使用腔体时将橡胶防水塞塞入通水孔。在四分之一波长同轴谐振腔使用时首先将金属腔体2与金属腔体盖1紧密连接，选择激励方式，比如金属环或金属探针在输入输出3对谐振腔进行激励，由于具有互异性，两个端口输入输出可以互换。通过通水孔7向腔体内部注满纯净水6。

通过HFSS仿真软件求解，经过优化，本实例中的四分之一波长同轴谐振腔的主模频率为350MHz，腔体总高度小于30mm。由此可见本发明的四分之一波长同轴谐振腔具有小型化的特点。由于采用液体介质，因此其成本低廉(如选用纯净水)，并不需要进一步的结构加工，减少工艺成本。

Claims (4)

1.一种微波同轴谐振腔，其特征在于：

包括金属腔体盖、橡胶防水圈、金属腔体和液体介质；金属腔体内的空腔盛放液体介质；金属腔体盖、橡胶防水圈与金属腔体顶部开口大小相适应，金属腔体盖盖住金属腔体并固定连接，通过橡胶防水圈实现密封；

所述金属腔体盖上设有输入与输出孔、两个通水孔和金属柱；

输入与输出孔尺寸同标准SMA接头一致，用于外接SMA接头；

金属柱与金属腔体盖为一个整体，金属柱作为金属内导体，其长度短于金属腔体的高度，使其另一端不与金属腔体底部接触；

两个通水孔用于金属腔体的腔内液体介质流通，并配有大小相适应的橡胶防水塞；

所述金属腔体作为金属外导体，金属腔体盖与金属腔体固定连接；

所述液体介质为介电常数高于空气且不导电的液体。

2.如权利要求1所述微波同轴谐振腔，其特征在于：所述金属柱与金属塞的整体结构采用一体化制造或分别制造后再固定连接。

3.如权利要求1所述微波同轴谐振腔，其特征在于：所述液体介质为纯净水。

4.如权利要求1所述微波同轴谐振腔，使用时，首先让2个通水孔打开，通过一个通水孔将金属腔体内注满纯净水；然后将2个通水孔塞入橡胶防水塞，即可使用。