CN109509969B - 一种用于激发可变负介电常数环境的微波天线装置 - Google Patents
一种用于激发可变负介电常数环境的微波天线装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109509969B CN109509969B CN201811511853.6A CN201811511853A CN109509969B CN 109509969 B CN109509969 B CN 109509969B CN 201811511853 A CN201811511853 A CN 201811511853A CN 109509969 B CN109509969 B CN 109509969B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- waveguide
- dielectric constant
- microwave
- variable negative
- antenna
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 39
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 5
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 claims description 4
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims 1
- 210000002381 plasma Anatomy 0.000 description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 3
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 210000001503 joint Anatomy 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
- H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/50—Structural association of antennas with earthing switches, lead-in devices or lightning protectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q23/00—Antennas with active circuits or circuit elements integrated within them or attached to them
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
本发明涉及一种用于激发可变负介电常数环境的微波天线装置，包括微波功率源(1)、波导(3)、金属真空腔(4)和介质天线(5)，所述微波功率源(1)与波导(3)连接，所述波导(3)与金属真空腔(4)无缝连接，所述介质天线(5)设置于波导腔和金属真空腔(4)内，所述金属真空腔(4)填充有不活泼气体；调节所述微波功率源(1)输出的微波功率，改变所述不活泼气体氛围下产生的等离子体密度，获得可变负介电常数环境。与现有技术相比，本发明具有方便可靠，可获得可变负介电常数的环境等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种微波天线，尤其是涉及一种用于激发可变负介电常数环境的微波天线装置。
背景技术
微波通信属于无线通信方式，其无线电波的收和发是由天线来完成的。即微波发信机输出的信号通过馈线送至天线，由天线向对端发射无线电磁波，或由天线接收对方发射来的无线电磁波，并通过馈线送往微波收信机。
可变负介电常数这一物理性质在电路与天线领域有着良好应用前景，然而带有此种物理性质的物质在日常中并不多见。近年来兴起的左手材料是较为热门的一类负介电常数材料，但其也是一种介电常数值固定不变的材料，并且该种材料为人工合成，制造的成本高昂，技术难度较大。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于激发可变负介电常数环境的微波天线装置，为电路与天线设计领域提供了可重构应用环境。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于激发可变负介电常数环境的微波天线装置，包括微波功率源、波导、金属真空腔和介质天线，所述微波功率源与波导连接，所述波导与金属真空腔无缝连接，所述介质天线设置于波导腔和金属真空腔内，所述金属真空腔填充有不活泼气体；
调节所述微波功率源输出的微波功率，改变所述不活泼气体氛围下产生的等离子体密度，获得可变负介电常数环境。
进一步地，所述介质天线为由低电磁损耗的耐高温介质材料制成的天线。
进一步地，所述介质天线的截面直径与波导的窄边宽度相匹配。
进一步地，所述金属真空腔为圆柱形真空腔体。
进一步地，所述微波功率源与波导间连接有调谐开关。
进一步地，所述调谐开关为安装在波导上的金属销钉，通过调节所述金属销钉在波导腔内的长度，调节微波功率源和波导之间的最佳功率适配。
进一步地，所述不活泼气体包括氮气、氦气和氩气中的一种。
进一步地，所述金属真空腔侧壁开设有用于真空抽气或气体出入的开口。
进一步地，所述金属真空腔内压强为≤200Pa。
进一步地，所述介质天线外的等离子体相对介电常数εp和等离子体密度n存在如下关系：
其中，εp表示等离子体相对介电常数，ε0表示真空介电常数，e表示电子电量，ωp表示等离子体的角频率，ω表示微波的角频率，n表示等离子体密度，me表示电子质量。
与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：
1)本发明可通过调节微波功率，改变金属真空腔内的等离子体密度，从而获得可变负介电常数环境，提供一种方便产生可变负介电常数环境的途径，为电路与天线设计领域提供了可重构应用环境。
2)本发明波导腔与金属真空腔之间采用无缝对接，可靠性高。
3)本发明可设置调谐开关，对微波功率源和波导之间的最佳功率适配进行调节，以提高可靠性。
4)本发明采用低电磁损耗的耐高温介质材料制成的介质天线，具有耐高低温特性、耐腐蚀性以及较强的绝缘性，且便于加工。
5)本发明设计介质天线截面直径与波导窄边宽度相匹配，采用波导窄边宽度接近的值，可确保大部分的能量传输不会从缝隙泄露。
6)本发明微波功率源在介质天线表面产生等离子体，在介质天线周围即营造了一个负介电常数的环境，可以通过选择不同的微波功率和不同介电常数的介质天线激发出不同密度的等离子体，扩大适用范围。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本发明提供一种用于激发可变负介电常数环境的微波天线装置，包括微波功率源1、波导3、金属真空腔4和介质天线5，微波功率源1与波导3连接，波导3与金属真空腔4无缝连接，如无缝连接处42所示，介质天线5设置于波导腔和金属真空腔4内，金属真空腔4填充有不活泼气体；调节微波功率源1输出的微波功率，改变不活泼气体氛围下产生的等离子体密度，从而获得可变负介电常数环境。
微波功率源1选用连续可调的微波功率源，并可对入射功率和反射功率进行监控。
介质天线5为由低电磁损耗的耐高温介质材料制成的天线，可满足耐高低温特性、耐腐蚀性以及较强的绝缘性的要求，而且便于加工。介质天线5可采用特氟龙介质天线或者石英等其他材料的介质天线。
介质天线5的截面直径与波导3的窄边宽度相匹配，可采用与波导3的窄边宽度接近的值，根据缝隙耦合设计理论，可确保大部分的能量传输不会从缝隙泄露。在某实施例中，介质天线的长度选择50cm，其中上部5cm部分位于波导内，下部45cm位于金属腔体中(介质天线长度以及波导的长度可以根据下方金属真空腔体的尺寸自行选择，以实际应用需要为准)；天线安装设计整体来看等同于一个开槽天线设计。
波导3的选择与微波功率源1的频率相适配。以微波功率源频率为2.45GHz为例，选择对应频段的波导型号为国标BJ26(如果选择其他微波频率，则选择对应的波导型号，此时波导的窄边宽和长边长都随之变化)。
在某些实施例中，微波功率源1与波导3间连接有调谐开关2，对微波功率源1和波导3之间的匹配性进行进一步调节。具体地，调谐开关2可为安装在波导3上的金属销钉(也可通过其他调谐手段使负载与功率源之间的匹配)，通过调节金属销钉在波导腔内的长度，调节微波功率源和波导之间的最佳功率适配。
金属真空腔4为圆柱形真空腔体。在某实施例中，金属真空腔4的直径为30cm，腔体的长度为45cm(腔体的直径和长度可以选择其他值，以实际应用为导向)。
本发明的微波天线装置工作时，保持金属真空腔4的腔体内压强达到≤200Pa。金属真空腔4侧壁开设有用于真空抽气或气体出入的开口41。金属真空腔4内填充的是化学性质不活泼的单质气体(如氮气、氦气、氩气等)。
微波功率源1输出的微波功率信号通过波导腔耦合到介质天线5，处在金属真空腔4内的介质天线部分在微波功率达到一定值时会激发气体放电产生等离子体。当微波功率增加时，介质天线外的等离子体密度也随之升高。当压强≤200Pa时，介质天线5外的等离子体相对介电常数εp和等离子体密度n存在如下关系：
其中，εp表示等离子体相对介电常数，ε0表示真空介电常数，e表示电子电量，ωp表示等离子体的角频率，ω表示微波的角频率，n表示等离子体密度，me表示电子质量。
当金属真空腔体内的压强为≤200Pa时，逐渐增大微波功率源的输出功率，位于金属真空腔体内的介质天线顶部的表面会首先产生等离子体；继续增加输入到金属腔体的微波功率，等离子体产生的区域继续往下延伸，直至形成一个介质天线表面全覆盖的负介电常数环境。在介质天线激发产生出等离子体的过程中，通过调节微波功率源的入射功率可对等离子体密度n进行调控，从而实现介质天线表面附近区域的相对介电常数从1到-εa(εa是介质天线的相对介电常数；相对介电常数与真空中介电常数ε0的乘积即为介电常数)的变化。以介质天线为特氟龙介质棒的情况为例，特氟龙的相对介电常数2.2，因此本发明的装置可以产生1到-2.2相对介电常数变化的环境；若采用的介质天线为石英介质棒，石英的相对介电常数3.2，因此本发明的装置可以产生1到-3.2相对介电常数变化的环境。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种用于激发可变负介电常数环境的微波天线装置，其特征在于，包括微波功率源(1)、波导(3)、金属真空腔(4)和介质天线(5)，所述微波功率源(1)与波导(3)连接，所述波导(3)与金属真空腔(4)无缝连接，所述介质天线(5)设置于波导腔和金属真空腔(4)内，所述金属真空腔(4)填充有不活泼气体；
调节所述微波功率源(1)输出的微波功率，改变所述不活泼气体氛围下产生的等离子体密度，获得可变负介电常数环境；
所述介质天线(5)的截面直径与波导(3)的窄边宽度相匹配；
所述金属真空腔(4)内压强为≤200Pa；
所述介质天线(5)外的等离子体相对介电常数εp和等离子体密度n存在如下关系：
其中，εp表示等离子体相对介电常数，ε0表示真空介电常数，e表示电子电量，ωp表示等离子体的角频率，ω表示微波的角频率，n表示等离子体密度，me表示电子质量。
2.根据权利要求1所述的用于激发可变负介电常数环境的微波天线装置，其特征在于，所述介质天线(5)为由低电磁损耗的耐高温介质材料制成的天线。
3.根据权利要求1所述的用于激发可变负介电常数环境的微波天线装置，其特征在于，所述金属真空腔(4)为圆柱形真空腔体。
4.根据权利要求1所述的用于激发可变负介电常数环境的微波天线装置，其特征在于，所述微波功率源(1)与波导(3)间连接有调谐开关(2)。
5.根据权利要求4所述的用于激发可变负介电常数环境的微波天线装置，其特征在于，所述调谐开关(2)为安装在波导(3)上的金属销钉，通过调节所述金属销钉在波导腔内的长度，调节微波功率源和波导之间的最佳功率适配。
6.根据权利要求1所述的用于激发可变负介电常数环境的微波天线装置，其特征在于，所述不活泼气体包括氮气、氦气和氩气中的一种。
7.根据权利要求1所述的用于激发可变负介电常数环境的微波天线装置，其特征在于，所述金属真空腔(4)侧壁开设有用于真空抽气或气体出入的开口(41)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811511853.6A CN109509969B (zh) | 2018-12-11 | 2018-12-11 | 一种用于激发可变负介电常数环境的微波天线装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811511853.6A CN109509969B (zh) | 2018-12-11 | 2018-12-11 | 一种用于激发可变负介电常数环境的微波天线装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109509969A CN109509969A (zh) | 2019-03-22 |
| CN109509969B true CN109509969B (zh) | 2024-02-27 |
Family
ID=65752197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811511853.6A Active CN109509969B (zh) | 2018-12-11 | 2018-12-11 | 一种用于激发可变负介电常数环境的微波天线装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109509969B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113311247B (zh) * | 2021-05-28 | 2022-02-11 | 电子科技大学 | 一种测量离子密度对相对介电常数影响的装置及测量方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101123844A (zh) * | 2007-09-12 | 2008-02-13 | 清华大学 | 微波等离子体反应腔 |
| CN107979910A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-05-01 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 高真空环境下介质材料表面电位主动控制方法 |
| CN108633158A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-10-09 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种便携式常压微波等离子体炬产生装置及方法 |
| CN108735567A (zh) * | 2017-04-20 | 2018-11-02 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 表面波等离子体加工设备 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060137613A1 (en) * | 2004-01-27 | 2006-06-29 | Shigeru Kasai | Plasma generating apparatus, plasma generating method and remote plasma processing apparatus |
-
2018
- 2018-12-11 CN CN201811511853.6A patent/CN109509969B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101123844A (zh) * | 2007-09-12 | 2008-02-13 | 清华大学 | 微波等离子体反应腔 |
| CN108735567A (zh) * | 2017-04-20 | 2018-11-02 | 北京北方华创微电子装备有限公司 | 表面波等离子体加工设备 |
| CN107979910A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-05-01 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 高真空环境下介质材料表面电位主动控制方法 |
| CN108633158A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-10-09 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种便携式常压微波等离子体炬产生装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109509969A (zh) | 2019-03-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Iza et al. | Split-ring resonator microplasma: microwave model, plasma impedance and power efficiency | |
| US11258154B2 (en) | Launch structures for a hermetically sealed cavity | |
| Sadeghikia et al. | Experimental study on the surface wave driven plasma antenna | |
| CN108199742B (zh) | 自调谐方法、自调谐系统及移动终端 | |
| JP4022590B2 (ja) | マイクロ波プラズマ発生装置 | |
| WO2002069437A1 (en) | Reconfigurable electromagnetic waveguide | |
| CN111638569B (zh) | 一种射频感性耦合等离子体叠加相位梯度超表面吸波结构 | |
| CN109509969B (zh) | 一种用于激发可变负介电常数环境的微波天线装置 | |
| US20060132264A1 (en) | Temperature compensation of resonators using different materials for housing and inner conductor as well as suitable dimensions | |
| JP3839395B2 (ja) | マイクロ波プラズマ発生装置 | |
| JP6305353B2 (ja) | マイクロストリップデバイス、リフレクトアレー、マイクロストリップアンテナ及びマイクロストリップアレーアンテナ | |
| Li et al. | Design and simulation of a broadband $ Ka $-band gyrotron traveling-wave tube with a fully dielectric-loaded circuit | |
| Minaev et al. | A plasma receiving dipole antenna | |
| RU2239261C2 (ru) | Способ обеспечения направленного действия малогабаритного антенного устройства и малогабаритное антенное устройство для осуществления способа | |
| CN209104353U (zh) | 用于激发可变负介电常数环境的微波天线装置 | |
| Zhou et al. | Design of a W-band and F-band Broadband Meta-surface Output Window | |
| CN106099326B (zh) | 一种基于等离子体介质调制的磁偶极子天线 | |
| JPH04219002A (ja) | 発振回路 | |
| CN108682929A (zh) | 一种动态调谐的波导及微波等离子体装置 | |
| KR100500360B1 (ko) | 고효율 상압 마이크로웨이브 플라즈마시스템 | |
| Giauffret et al. | Parametric study of the coupling aperture in CPW–fed microstrip antennas | |
| KR102667166B1 (ko) | 고 큐 인자 실시간 임피던스 매칭이 가능한 공진기 | |
| RU114558U1 (ru) | Коаксиально-волноводный переход | |
| Shiqing et al. | Essential characteristics of plasma antennas driven by one-ended surface wave | |
| US20240170256A1 (en) | VHF Broadband Coaxial Adapter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |