CN111916878B - 一种微波谐振腔耦合环强耦合装置 - Google Patents

一种微波谐振腔耦合环强耦合装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微波谐振腔耦合环强耦合装置，该装置包含：微波谐振腔、T型柱状金属帽结构、同轴线耦合环结构、同轴线法兰盘和微调螺丝；其中，T型柱状金属帽结构和同轴线法兰盘均处于微波谐振腔的磁场最强处；微调螺丝螺纹连接在T型柱状金属帽结构上，且其所处位置与微波谐振腔连通；同轴线耦合环结构由同轴电缆和内导体环结构构成，同轴电缆插置在同轴线法兰盘和T型柱状金属帽结构上；内导体环结构为由与同轴电缆连接在一起的同轴线内导体弯曲并与微调螺丝的末端连接构成的环结构。本发明的装置不会因谐振腔壁上耦合孔尺寸过大而导致能量泄露，能够调节耦合环的大小以改善耦合环端口反射性能。

Description

一种微波谐振腔耦合环强耦合装置
技术领域
本发明涉及一种微波谐振腔，具体涉及一种微波谐振腔耦合环强耦合装置。
背景技术
微波谐振腔广泛应用于微波信号源、微波滤波器及波长计中，是一种基本的微波元件。微波谐振腔的激励和耦合通常使用的两种经典传感器：电探针和耦合环，都可以利用同轴电缆制作而成。其中，电探针是将同轴电缆的外导体和介质剥去一部分，让内导体外露一段长度形成的结构，电探针通常可以在微波谐振腔主模电场较强区域进行激励，当电探针与主模电场方向平行，主模可以被激励起来。而耦合环则是将电探针外漏的内导体弯曲形成环状后再与外导体连接而成的结构，耦合环通常在微波谐振腔主模的磁场较强区域进行激励，当微波谐振腔的主模磁场穿过耦合环时，主模可以被激励起来。
在低频段，微波谐振腔的尺寸相对较大，高次模分布较少，电探针和耦合环都可以被用来作为激励谐振腔的方式，并且激励和耦合的效果区别不大。在高频段，由于微波谐振腔尺寸较小，高次模分布增多，此时用电探针来激励微波谐振腔会更加容易激励起高次模，因此，在高频段使用耦合环来激励微波谐振腔可以更好的抑制高次模的产生。
当微波谐振腔被用来进行微波能量进行汇聚和存储构建微波强场环境目的时，一般要求外部信号源提供的能量能够尽可能高效地被注入微波谐振腔内。此时，如果选择耦合环激励微波谐振腔，则需要耦合环的端口反射越小越好，耦合环端口的反射性能越好，微波能量被注入微波谐振腔的效率越高。通常为了使得耦合环的端口反射足够小，需要增大耦合环的直径，让主模的磁场更多的穿过耦合环。随着耦合环的尺寸的增大，微波谐振腔壁上的耦合孔尺寸也需要随之增大以方便耦合环顺利插入微波谐振腔内部，而高频微波谐振腔的尺寸一般较小，如果微波谐振腔壁上的耦合孔过大则会造成微波谐振腔能量泄露，使得微波谐振腔的品质因数等性能大大降低，这与旨在构建微波强场环境的目的相违背。另外，传统耦合环的尺寸一旦确定就通过焊接方式固定，如果想通过改变耦合环的尺寸来调整端口反射则需要将耦合装置取出，再将耦合环解焊后重新调整耦合环尺寸再焊接后安装，这对于微波谐振腔端激励端口的反射性能调节非常不利，耗时耗力。
发明内容
本发明的目的是提供一种微波谐振腔耦合环强耦合装置，解决了传统耦合环激励微波谐振腔装置在耦合孔较大时能量容易泄露的问题，能够设置大尺寸的耦合孔，而且不会因尺寸过大导致能量泄露，还能够调节耦合环的大小，微调改善耦合环端口反射性能。
为了达到上述目的，本发明提供了一种微波谐振腔耦合环强耦合装置，该装置包含：微波谐振腔、T型柱状金属帽结构、同轴线耦合环结构、同轴线法兰盘和微调螺丝；其中，所述T型柱状金属帽结构和同轴线法兰盘均处于所述微波谐振腔的磁场最强处，且所述T型柱状金属帽结构固定在所述微波谐振腔的外壁上，所述同轴线法兰盘固定在所述T型柱状金属帽结构上；所述微波谐振腔的磁场最强处的侧壁上设置有：具有内螺纹的微波谐振腔壁耦合孔，所述T型柱状金属帽结构靠近微波谐振腔内部的一面具有与所述微波谐振腔壁耦合孔相适配的圆柱，该圆柱设置有与所述微波谐振腔壁耦合孔的内螺纹相适配的外螺纹；所述微调螺丝螺纹连接在所述T型柱状金属帽结构上，且其所处位置与所述微波谐振腔内部连通；所述同轴线耦合环结构由同轴电缆和内导体环结构构成，所述同轴电缆插置在所述同轴线法兰盘和T 型柱状金属帽结构上，并通过该同轴线法兰盘与所述T型柱状金属帽结构固定在一起；所述内导体环结构为由与同轴电缆连接在一起的同轴线内导体弯曲并与所述微调螺丝的底端连接构成的环结构，所述内导体环结构处于微波谐振腔内的磁场最强处。
优选地，所述所述同轴电缆包含：同轴线外导体、同轴线内导体和同轴线内部介质层；其中，所述同轴线内导体和同轴线内部介质层处于同轴线外导体内，所述同轴线内导体处于同轴线外导体的中轴线处，所述同轴线内部介质层填充在所述同轴线内导体和同轴线外导体之间。
优选地，所述内导体环结构的同轴线内导体与所述同轴电缆的同轴线内导体成一体，其弯曲且末端连接至所述微调螺丝。
优选地，所述同轴电缆和T型柱状金属帽结构的圆柱的底部均与微波谐振腔的内壁处于同一平面。
优选地，所述圆柱上设置有贯通的圆孔，所述同轴电缆与圆孔相适配，同轴电缆插置并通过同轴线法兰盘固定在该圆孔内。
优选地，所述T型柱状金属帽结构上还设置有贯通至微波谐振腔内的微调螺纹孔，所述微调螺丝螺纹连接该微调螺纹孔内。
优选地，所述T型柱状金属帽结构上还设置有贯通的第一T型柱状金属帽结构固定孔、第二T型柱状金属帽结构固定孔、第三T型柱状金属帽结构固定孔和第四T型柱状金属帽结构固定孔，所述微波谐振腔上设置有对应的第一安装螺纹孔、第二安装螺纹孔、第三安装螺纹孔和第四安装螺纹孔，所述T型柱状金属帽结构和微波谐振腔通过螺钉与各固定孔和螺纹孔配合进行固定。
本发明的微波谐振腔耦合环强耦合装置，解决了传统耦合环激励微波谐振腔装置在耦合孔较大时能量容易泄露的问题，具有以下优点：
本发明的装置，通过T型柱状金属帽结构设计，在内导体环结构加载到微波谐振腔内后将T型柱状金属帽结构与微波谐振腔壁耦合孔配合，使得耦合孔被金属填充，消除了耦合孔过大造成的微波能量辐射泄露影响，能够适用于大耦合环；而且，在T型柱状金属帽结构上设置有微调螺丝，微调螺丝的插入深度变化可以对耦合环大小进行微调，而不需要通过焊接和解焊来调整耦合环的大小，增强了耦合环端口反射性能的调节能力，这对于谐振腔强耦合时耦合环端口的反射调节具有重要意义。
本发明的装置可以实现微波谐振腔耦合环强耦合效果，为利用谐振腔构建微波强场环境提供了有效的技术支撑。
附图说明
图1为本发明的微波谐振腔耦合环强耦合装置的结构示意图。
图2为本发明的T型柱状金属帽的结构示意图。
图3为本发明的微波谐振腔的示意图。
图4为本发明的T型柱状金属帽结构、同轴线耦合环结构、同轴线法兰盘和微调螺丝的装配示意图。
图5为本发明的微波谐振腔耦合环强耦合装置的整体三维结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种微波谐振腔耦合环强耦合装置，如1图所示，包含：微波谐振腔1、 T型柱状金属帽结构2、同轴线耦合环结构、同轴线法兰盘6和微调螺丝8。其中，T型柱状金属帽结构2和同轴线法兰盘6均处于微波谐振腔1的磁场最强处，且T型柱状金属帽结构2固定在微波谐振腔1的外壁上，同轴线法兰盘6固定在T型柱状金属帽结构2上，微调螺丝8螺纹连接在T型柱状金属帽结构2上，且其所处位置与微波谐振腔1内部连通，T型柱状金属帽结构2和微调螺丝8的材质均为金属。同轴线耦合环结构由同轴电缆和内导体环结构7构成，同轴电缆通过同轴线法兰盘6与T型柱状金属帽结构固定在一起，同轴电缆包含：同轴线外导体3、同轴线内导体4和同轴线内部介质层5，同轴线内导体4和同轴线内部介质层5处于同轴线外导体3内，同轴线内导体4处于同轴线外导体3的中轴线处，内导体环结构7是由同轴线内导体4(由同轴电缆剥去同轴线外导体3和同轴线介质层5形成)弯曲并与微调螺丝8的底端连接构成的环结构，内导体环结构7处于微波谐振腔1内的磁场最强处。内导体环结构7的作用是调节同轴线耦合环结构端口反射，使得微波能量被有效地注入微波谐振腔1中，微调螺丝8的作用是与内导体环结构7连接，可以通过插入深度微调内导体环结构7的大小，调节耦合环端口反射性能的调节能力。
微波谐振腔1的作用是使得注入微波谐振腔内电磁能量得到汇聚和存储，其磁场最强处的侧壁上设置有：微波谐振腔壁耦合孔15。微波谐振腔壁耦合孔15设置在微波谐振腔1的磁场最强处的侧壁上，具有内螺纹。
T型柱状金属帽结构2通过螺纹连接在微波谐振腔1的微波谐振腔壁耦合孔15内，T型柱状金属帽结构2靠近微波谐振腔1内部的一面具有带有外螺纹的圆柱，该外螺纹与微波谐振腔壁耦合孔15的内螺纹相适配，T型柱状金属帽结构2与微波谐振腔壁耦合孔15配合，T型柱状金属帽结构2的圆柱的外径d2与微波谐振腔壁耦合孔15的内径相一致，T型柱状金属帽结构2 外端(远离微波谐振腔1内部的一端)的外径d1大于其内端(靠近微波谐振腔1内部的一端，即圆柱)的外径d2，使得微波谐振腔壁耦合孔15被金属填充，微波能量不能通过微波谐振腔壁耦合孔15泄露而尽可能地保留在了微波谐振腔内。该圆柱上设置有贯通的圆孔14，同轴电缆与圆孔14相适配，圆孔14的内径d3与同轴电缆的直径相一致，同轴电缆插置并通过同轴线法兰盘6固定在该圆孔14内，同轴电缆和T型柱状金属帽结构2的圆柱的底部均与微波谐振腔1的内壁处于同一平面，即圆柱的高度h与微波谐振腔壁耦合孔15的深度一致，使得T型柱状金属帽结构对微波谐振腔内部不形成干扰。T型柱状金属帽结构2上还设置有贯通的微调螺纹孔13，微调螺丝8 螺纹连接该微调螺纹孔13内。
T型柱状金属帽结构2的使用能够为微波谐振腔壁上耦合孔尺寸选择提供较大的可选范围，方便内导体环结构7插入微波谐振腔1内，同时在内导体环结构7插入微波谐振腔后对耦合孔进行金属填充，阻断耦合孔过大造成的微波能量泄露，并为微调螺丝与同轴线内导体连接提供通道。
此外，T型柱状金属帽结构2上还设置有贯通的第一T型柱状金属帽结构固定孔9、第二T型柱状金属帽结构固定孔10、第三T型柱状金属帽结构固定孔11和第四T型柱状金属帽结构固定孔12，微波谐振腔1上设置有对应的第一安装螺纹孔16、第二安装螺纹孔17、第三安装螺纹孔18和第四安装螺纹孔19，通过螺钉将T型柱状金属帽结构2固定在微波谐振腔1的磁场最强处的侧壁上。
本发明的微波谐振腔耦合环强耦合装置的工作原理，具体如下：
本发明通过引入T型柱状金属帽结构，与经典同轴耦合环协同配合，并在T型柱状金属帽结构上加载微调螺丝，组建了一种谐振腔耦合环强耦合装置，通过微调螺丝插入深度微调内导体环结构7的大小，调节耦合环端口反射性能的调节能力，为通过耦合环结构实现微波谐振腔强耦合构建微波强场环境提供了有效解决方案。
而且，引入T型柱状金属帽结构能够解决利用耦合环实现微波谐振腔强耦合时因耦合环尺寸较大带来的耦合孔尺寸过大而造成的能量泄露问题。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种微波谐振腔耦合环强耦合装置，其特征在于，该装置包含：微波谐振腔(1)、T型柱状金属帽结构(2)、同轴线耦合环结构、同轴线法兰盘(6)和微调螺丝(8)；
其中，所述T型柱状金属帽结构(2)和同轴线法兰盘(6)均处于所述微波谐振腔(1)的磁场最强处，且所述T型柱状金属帽结构(2)固定在所述微波谐振腔(1)的外壁上，所述同轴线法兰盘(6)固定在所述T型柱状金属帽结构(2)上；
所述微波谐振腔(1)的磁场最强处的侧壁上设置有：具有内螺纹的微波谐振腔壁耦合孔(15)，所述T型柱状金属帽结构(2)靠近微波谐振腔(1)内部的一面具有与所述微波谐振腔壁耦合孔(15)相适配的圆柱，该圆柱设置有与所述微波谐振腔壁耦合孔(15)的内螺纹相适配的外螺纹；
所述微调螺丝(8)螺纹连接在所述T型柱状金属帽结构(2)上，且其所处位置与所述微波谐振腔(1)内部连通；
所述同轴线耦合环结构由同轴电缆和内导体环结构(7)构成，所述同轴电缆插置在所述同轴线法兰盘(6)和T型柱状金属帽结构(2)上，并通过该同轴线法兰盘(6)与所述T型柱状金属帽结构固定在一起；所述内导体环结构(7)为由与同轴电缆连接在一起的同轴线内导体弯曲并与所述微调螺丝(8)的底端连接构成的环结构，所述内导体环结构(7)处于微波谐振腔(1)内的磁场最强处。
2.根据权利要求1所述的微波谐振腔耦合环强耦合装置，其特征在于，所述所述同轴电缆包含：同轴线外导体(3)、同轴线内导体(4)和同轴线内部介质层(5)；其中，所述同轴线内导体(4)和同轴线内部介质层(5)处于同轴线外导体(3)内，所述同轴线内导体(4)处于同轴线外导体(3)的中轴线处，所述同轴线内部介质层(5)填充在所述同轴线内导体(4)和同轴线外导体(3)之间。
3.根据权利要求2所述的微波谐振腔耦合环强耦合装置，其特征在于，所述内导体环结构(7)的同轴线内导体与所述同轴电缆的同轴线内导体(4)成一体，其弯曲且末端连接至所述微调螺丝(8)。
4.根据权利要求1所述的微波谐振腔耦合环强耦合装置，其特征在于，所述同轴电缆和T型柱状金属帽结构(2)的圆柱的底部均与微波谐振腔(1)的内壁处于同一平面。
5.根据权利要求4所述的微波谐振腔耦合环强耦合装置，其特征在于，所述圆柱上设置有贯通的圆孔(14)，所述同轴电缆与圆孔(14)相适配，同轴电缆插置并通过同轴线法兰盘(6)固定在该圆孔(14)内。
6.根据权利要求5所述的微波谐振腔耦合环强耦合装置，其特征在于，所述T型柱状金属帽结构(2)上还设置有贯通至微波谐振腔(1)内的微调螺纹孔(13)，所述微调螺丝(8)螺纹连接该微调螺纹孔(13)内。
7.根据权利要求1所述的微波谐振腔耦合环强耦合装置，其特征在于，所述T型柱状金属帽结构(2)上还设置有贯通的第一T型柱状金属帽结构固定孔(9)、第二T型柱状金属帽结构固定孔(10)、第三T型柱状金属帽结构固定孔(11)和第四T型柱状金属帽结构固定孔(12)，所述微波谐振腔(1)上设置有对应的第一安装螺纹孔(16)、第二安装螺纹孔(17)、第三安装螺纹孔(18)和第四安装螺纹孔(19)，所述T型柱状金属帽结构(2)和微波谐振腔(1)通过螺钉与各固定孔和螺纹孔配合进行固定。
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