CN107818910A - 一种新型磁环偶极子聚焦放大谐振腔 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型磁环偶极子聚焦放大谐振腔，包括一对平行的圆形金属板和多个开口圆环，一对平行的圆形金属板具体为上下平行，多个开口圆环的开口与一对平行的圆形金属板连接，所述开口圆环环绕圆形金属板均等对称分布，所述开口圆环之间留有空隙。在微波等离子体系统中，采用本发明，能够将磁场、电场局域于谐振腔内，从而场聚焦放大，同时抑制了电磁泄漏。
Description
技术领域
本发明涉及微波等离子体光源技术领域，具体涉及一种新型磁环偶极子聚焦放大谐振腔。
背景技术
微波等离子体光源，通过微波激励产生等离子体发光而不使用灯丝或电极，就能产生一个稳定而异常明亮的光源。微波等离子体光源具有不存在电极、寿命长、光衰小、节能环保、光效高等优点，具有广泛的应用前景。传统的第一代微波等离子体光源使用金属网罩谐振腔，波导馈电。第二代微波等离子体光源，使用介质谐振腔，同轴馈电。微波谐振腔是微波等离子体光源关键技术之一，要求微波谐振：电场强度足以让气体产生等离子体、电场集中分布以防电磁泄漏，解决电磁兼容问题，还要具有透光性。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种新型磁环偶极子聚焦放大谐振腔。
本发明采用磁环偶极子结构实现对电场的聚焦放大，同时有效防止电磁泄漏，并具有透光性。
本发明采用如下技术方案：
一种新型磁环偶极子聚焦放大谐振腔，包括一对平行的圆形金属板和多个开口圆环，一对平行的圆形金属板具体为上下平行，多个开口圆环的开口与一对平行的圆形金属板连接，所述开口圆环环绕圆形金属板均等对称分布，所述开口圆环之间留有空隙。
位于下方的圆形金属板开有耦合通孔，耦合通孔设置同轴探针进行馈电耦合，同轴探针由外导体和固定在外导体中的内导体构成，同轴探针的外导体电连接在平行圆形金属板的耦合通孔处，同轴探针的内导体从耦合通孔伸入聚焦放大谐振腔内部。
上下平行的圆形金属板之间的距离小于开口圆环的直径。
所述同轴探针的内导体伸入圆形金属板中心处的长度小于一对圆形金属板之间的距离。
所述开口圆环高度与开口圆环数量的乘积应小于圆形金属板的周长。
所述多个开口圆环大小相等，其开口部分宽度与上下平行设置的两个圆形金属板之间的距离相等。
所述开口圆环的内直径为74mm，厚度为0.5mm,高度为7mm，
开口圆环的数量为18个。
相邻开口圆环之间相差角度为：360度/开口圆环数量。
圆形金属板、开口圆环及同轴探针的内导体均由金属材料制成。
本发明的有益效果：
(1)基于磁环偶极子结构，实现了电场与磁场的相对集中，腔内形成局域环形共振磁场，电场集中于腔轴线中心，保证足够场强度产生等离子体，同时抑制了电磁泄露。
(2)环形谐振器可以看作电感+电容谐振器，其中多个开口圆环产生并联寄生电感，一对大小相等的圆形平行金属薄板产生寄生电容。
(3)基于磁环偶极子结构，多个环形电流形成首尾相连的环形磁场，能集中在较小区域，从而产生磁场、电场聚焦放大效应，高的Q值。
附图说明
图1为新型磁环偶极子聚焦放大谐振腔的立体结构图；
图2为新型磁环偶极子聚焦放大谐振腔的剖面图；
图3为新型磁环偶极子聚焦放大谐振腔在本实例中所展示的优良的磁场聚焦效果图；
图4为新型磁环偶极子聚焦放大谐振腔在本实例中所展示的优良的电场聚焦效果图；
图5为新型磁环偶极子聚焦放大谐振腔在本实例中谐振频率效果图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1-图2所示，一种新型磁环偶极子聚焦放大谐振腔，包括两个圆形金属板1、4、同轴探针3和多个开口圆环2，两个圆形金属板1、4尺寸相等，且上下平行设置，所述多个开口圆环2环绕圆形金属板1、4的中心均等对称分布，谐振腔采用同轴耦合馈电激励，所述开口圆环由导电良好的金属制成。
两个开口圆环之间留有缝隙，以便透光。
位于下方的圆形金属板的中心处开有耦合通孔，耦合通孔处设置同轴探针进行馈电耦合，同轴探针由外导体和固定在外导体中的内导体构成，同轴探针的外导体电连接在平行圆形金属板的耦合通孔处，同轴探针的内导体从耦合通孔伸入聚焦放大谐振腔内部。
所述开口圆环2的开口部分的两端分别与两个圆形金属板1、4连接，具体为开口部分的一端与位于上方的圆形金属板边缘连接，另一端与位于下方的圆形金属板边缘连接，该谐振腔谐振频率与圆形金属板1、4面积大小和开口圆环2的半径及数量有关，近似等效为LC谐振回路，两个平行的圆形金属板1、4形成寄生电容，多个开口圆环2形成并联寄生电感，所述开口圆环2的开口部分与平行圆形金属板1、4之间的距离相等，本实施例中两个金属板1、4之间的距离为15mm，直径为35mm，金属板厚度为0.5mm。
多个开口圆环的大小相等，其开口部分的宽度与上下平行设置的两个圆形金属板之间的距离相等。所述开口圆环2的内直径为74mm，厚度为0.5mm，高度为7mm。
两个圆形金属板1、4之间的距离小于开口圆环的直径，所述同轴探针3的内导体伸入谐振腔的长度小于两个平行圆形金属板1、4之间的距离。
所述开口圆环高度与开口圆环数量的乘积应小于圆形金属板的周长，所述开口圆环的高度具体是圆环的宽度。
相邻开口圆环之间相差角度为：360度/开口圆环数量。
所述同轴探针3的特征阻抗为50欧姆。
本实例中，开口圆环2的数量为18个，相邻开口圆环之间相差20度，所述金属材料为铜。所述同轴探针3位于环形谐振腔内的长度为11mm。所述同轴探针3内导体半径为0.6mm，外导体半径为1.5mm。其中一个圆形金属板1的中心开孔半径为1.5mm。
如图3所示，磁环偶极子聚焦放大谐振腔处于谐振状态下的磁场强度分布，从图中可看出，浅色区域磁场强度最强，磁场集中分布在磁环偶极子谐振腔内部，磁场矢量绕同一方向，形成环形矩，磁场能量更加集中。
如图4所示，磁环偶极子聚焦放大谐振腔处于谐振状态下的电场强度分布，从图中可看出，电场强度位于腔体轴心处最强，能有效的聚焦放大电场。
如图5所示，谐振腔处于不同电介质环境，表现出较强的灵敏特性。当谐振腔处于理想真空环境中，ε＝1时，谐振腔的谐振频率为0.86GHz，S11＝-28.6dB，阻抗带宽很窄，具有高Q值；当谐振腔所处环境介电常数ε＝1.1时，谐振腔频率为0.782GHz，S11＝-15dB，阻抗带宽很窄，具有高Q值。环境的微小变化，本实例中的谐振腔结构能够轻易检测出来。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种新型磁环偶极子聚焦放大谐振腔，其特征在于：包括一对平行的圆形金属板和多个开口圆环，一对平行的圆形金属板具体为上下平行，多个开口圆环的开口与一对平行的圆形金属板连接，所述开口圆环环绕圆形金属板均等对称分布，所述相邻开口圆环之间留有空隙。
2.根据权利要求1所述的一种新型磁环偶极子聚焦放大谐振腔，其特征在于，位于下方的圆形金属板开有耦合通孔，耦合通孔设置同轴探针进行馈电耦合，同轴探针由外导体和固定在外导体中的内导体构成，同轴探针的外导体电连接在圆形金属板的耦合通孔处，同轴探针的内导体从耦合通孔伸入聚焦放大谐振腔内部。
3.根据权利要求1所述的一种新型磁环偶极子聚焦放大谐振腔，其特征在于，上下平行的圆形金属板之间的距离小于开口圆环的直径。
4.根据权利要求2所述的一种新型磁环偶极子聚焦放大谐振腔，其特征在于，所述同轴探针的内导体伸入圆形金属板中心处的长度小于一对平行的圆形金属板之间的距离。
5.根据权利要求1所述的一种新型磁环偶极子聚焦放大谐振腔，其特征在于，所述开口圆环高度与开口圆环数量的乘积应小于圆形金属板的周长。
6.根据权利要求1所述的一种新型磁环偶极子聚焦放大谐振腔，其特征在于，所述多个开口圆环大小相等，其开口部分宽度与上下平行设置的两个圆形金属板之间的距离相等。
7.根据权利要求1所述的一种新型磁环偶极子聚焦放大谐振腔，其特征在于，所述开口圆环的内直径为74mm，厚度为0.5mm,高度为7mm。
8.根据权利要求6所述的一种新型磁环偶极子聚焦放大谐振腔，其特征在于，开口圆环的数量为18个。
9.根据权利要求1所述的一种新型磁环偶极子聚焦放大谐振腔，其特征在于，相邻开口圆环之间相差角度为：360度/开口圆环数量。
10.根据权利要求2所述的一种新型磁环偶极子聚焦放大谐振腔，其特征在于，开口圆环及同轴探针的内导体均由金属材料制成。
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