CN217361877U - 谐振装置 - Google Patents

Abstract

本申请适用于微波测量装置技术领域，提供了一种谐振装置，谐振装置包括：腔体，腔体内部设置有腔室，腔室在腔体的上部形成开口；盖体，盖体与腔室围设形成谐振腔，盖体沿腔室的高度方向可移动地安装在腔室中，以使谐振腔的高度可调节；金属密封部，金属密封部设置在盖体的外周，用于密封盖体的外周与腔室之间内壁的间隙。本实用新型的谐振装置结构较为简单，操作便捷快速，只需通过外部的固定工装带动盖体上下移动，就可以调节谐振腔的高度，也可实现封闭式谐振腔的闭合和开放两种模式的切换，便于向谐振腔内部放置样品。本实用新型为可多次重复使用设备，可进行多次样品的测量，降低设备成本及样品测量周期。

Description

谐振装置

技术领域

本申请属于微波测量装置技术领域，更具体地说，是涉及一种谐振装置。

背景技术

微波是指处在300MHz至300GHz的频率范围的电磁波，微波在现代技术中心无处不在，与无线电广播中电磁波相比，微波的波长小很多，其波长范围分布在1m至1mm，介于无线电和红外之间，其适用于较大带宽的信号无线传输的特性使得微波在卫星通信、雷达、无线通信、导航等领域得以广泛运用。而对于微波频段材料的测试，也已倾向于远离与低频无线电波一起使用的阻容感等器件，对其测试也将基于集总元件和调谐电路构成的系统取代为谐振器或谐振线。

微波介质材料作为微波传输媒质也已广泛应用于微波的各个领域，对于非磁性介质材料而言，其介电常数、介电损耗为反映该微波介质材料电磁性能的主要依据，即对基于此进行微波器件或系统设计的重要参数，故对于相关参数的测试在获得高可靠性微波介质材料过程中就显得尤为重要。这些介电性能包括材料的介电常数和介电损耗(角正切)是研究材料和研制相应介质元器件，包括但不限于介质基片、介质谐振器/滤波器、介质天线、微带天线、微波模块、LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic)低温共烧陶瓷、微波集成的基础。根据介质材料的不同特性，其测试方法可以分为谐振法和非谐振法，即谐振法、传输法、传输线终端法、自由空间法等很多种方法来测量其介电性能。谐振法是将被测样品放入谐振腔中，根据放入样品前后其谐振频率和品质因数的变化来确定被测样品的介电常数和介电损耗，其是测试材料复介电常数使用较多的一种方法，测量准确度也是最高的。

在对谐振腔的设计中，电磁耦合装置的选取非常重要，主流的两种耦合装置为包括同轴耦合环和耦合探针，其作用是用于实现谐振的激励，耦合量的大小直接影响谐振腔的品质因数(Q值)，影响谐振腔对微波介质材料的介电性能测试的精细与准确度。

谐振腔分为开放式和屏蔽式谐振腔，开放式谐振腔存在辐射损耗，在计算时，通常采用开波导法、混合磁壁法等近似算法计算，假定介质空气分界面为理想磁壁，没有考虑辐射损耗，在测量一些介电常数较低的材料时，得到的电磁参数与实际值存在偏差，造成材料介电性能测量的不准确。

在宽频测试的谐振腔设计过程中，选用探针在谐振腔不同位置耦合，分别调节探针的长度或大小以及探针插入谐振腔的深度，实现对谐振腔耦合量的调节。封闭式谐振腔测试方法中，目前已存在的结构操作复杂繁琐，对夹具及测试件的机械加工极高，在一定程度上限制了样品设计的灵活性。现有的封闭式谐振腔，在设计时，通常以根据所需的测量频率，将谐振腔的尺寸及所能测量的样品的尺寸设置成某一固定值，所有谐振工作模式的耦合量都已确定，且无法对耦合量进行调整，导致某些谐振工作模式耦合量太弱或太强的问题无法解决，无法保证宽频带内耦合量相同，影响宽频介电常数测试精度。同时在测试时，无法根据实际测量样品的尺寸进行灵活调节，对测量样品的尺寸加工精度极高，且在测试时，很容易损坏样品，破坏样品的原有形态，造成测量的误差。以上这些缺陷与不足严重限制了封闭式谐振法可测量样品的形态及材质。在操作上，为降低辐射损耗，提高谐振腔的品质因数(Q值)，设计封闭式谐振腔的结构时，通常通过复杂的拼接及安装方式来保证谐振腔的封闭性，操作难度较大，测量所需时间较长，对测试人员的专业能力也有一定要求。

实用新型内容

本申请实施例的目的在于提供一种谐振装置，旨在解决现有技术中的谐振装置重复可操作性低，且谐振腔的测试效率低的技术问题。

为实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种谐振装置，谐振装置包括：腔体，腔体内部设置有腔室，腔室在腔体的上部形成开口；盖体，盖体与腔室围设形成谐振腔，盖体沿腔室的高度方向可移动地安装在腔室中，以使谐振腔的高度可调节；金属密封部，金属密封部设置在盖体的外周，用于密封盖体的外周与腔室之间内壁的间隙。

可选地，金属密封部的外部与腔室的内壁过盈配合，以使盖体能够悬停在腔室内的预定位置。

可选地，金属密封部包括环形安装槽及金属密封环，环形安装槽沿盖体的周向设置，金属密封环套设在环形安装槽中，并与环形安装槽同轴设置。

可选地，腔体上设置有两个馈电接口，两个馈电接口均与谐振腔连通，两个馈电接口分别用于安装发射耦合探针及接收耦合探针。

可选地，两个馈电接口均设置在腔体的侧壁上。

可选地，腔体的底部设置有多个第一定位孔，盖体上设置有多个第二定位孔。

可选地，金属密封部为多个，多个金属密封部沿盖体的轴向间隔设置。

可选地，盖体上设置有限位部，限位部凸出于盖体的侧壁，在盖体下沉至预设位置的情况下，限位部被腔体的上端止挡。

可选地，限位部包括限位凸缘，限位凸缘沿盖体的周向设置于盖体的侧壁上，在盖体下沉至预设位置的情况下，限位凸缘被腔体的上端止挡。

可选地，限位部包括多个限位凸块，多个限位凸块沿盖体的周向间隔设置于盖体的侧壁上，在盖体下沉至预设位置的情况下，多个限位凸块被腔体的上端止挡。

本申请提供的谐振装置的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型中的盖体与腔体的开口相适配，两者之间存在间隙，可以使得盖体能够沿腔室的高度方向移动，从而调整谐振腔的高度，金属密封部可以对这部分间隙进行密封，防止电磁波露出。本实用新型的谐振装置结构较为简单，操作便捷快速，只需通过外部的固定工装带动盖体上下移动，就可以调节谐振腔的高度，也可实现封闭式谐振腔的闭合和开放两种模式的切换，便于向谐振腔内部放置样品。本实用新型为可多次重复使用设备，可进行多次样品的测量，降低设备成本及样品测量周期。打开盖体向谐振腔放入样品后，只需通过调节与盖体连接的固定工装，即可将盖体调节至刚接触样品的位置，保证了样品两端既能与谐振腔内表面的良好接触，又避免了样品被损坏。本实用新型通过金属密封部作为盖体与腔室内壁的接触结构，可使圆柱形谐振腔具有很好的封闭性，且减少与圆柱形谐振腔内壁的接触面积，减小摩擦力，可准确调节盖体进入圆柱形谐振腔的深度，避免损坏测量样品。本实用新型优化了封闭式谐振腔的密封及安装结构，使得封闭式谐振腔的封闭性更好，降低了辐射损耗，提高了封闭式圆柱形谐振腔的品质因数(Q值)，具有较高的精度，可准确测量低损耗材料的电磁参数。克服了测量装置结构复杂、安装繁琐、操作难度大等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的谐振装置的剖视示意图；

图2为图1中A区域的放大图；

图3为本申请实施例提供的谐振装置的俯视示意图。

上述附图所涉及的标号明细如下：

10、腔体；11、谐振腔；20、盖体；30、金属密封部；31、环形安装槽；32、金属密封环；40、发射耦合探针；50、接收耦合探针；60、定位销。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

正如背景技术中所记载的，目前，封闭式谐振腔测试方法中，目前已存在的结构操作复杂繁琐，对夹具及测试件的机械加工极高，在一定程度上限制了样品设计的灵活性。现有的封闭式谐振腔，在设计时，通常以根据所需的测量频率，将谐振腔的尺寸及所能测量的样品的尺寸设置成某一固定值，所有谐振工作模式的耦合量都已确定，且无法对耦合量进行调整，导致某些谐振工作模式耦合量太弱或太强的问题无法解决，无法保证宽频带内耦合量相同，影响宽频介电常数测试精度。同时在测试时，无法根据实际测量样品的尺寸进行灵活调节，对测量样品的尺寸加工精度极高，且在测试时，很容易损坏样品，破坏样品的原有形态，造成测量的误差。以上这些缺陷与不足严重限制了封闭式谐振法可测量样品的形态及材质。在操作上，为降低辐射损耗，提高谐振腔的品质因数(Q值)，设计封闭式谐振腔的结构时，通常通过复杂的拼接及安装方式来保证谐振腔的封闭性，操作难度较大，测量所需时间较长，对测试人员的专业能力也有一定要求。

参见图1至图3所示，为了解决上述问题，根据本申请的一个方面，本申请的实施例提供了一种谐振装置，谐振装置包括：腔体10、盖体20、金属密封部30，腔体10内部设置有腔室，腔室在腔体10的上部形成开口；盖体20与腔室围设形成谐振腔11，盖体20沿腔室的高度方向可移动地安装在腔室中，以使谐振腔11的高度可调节；金属密封部30设置在盖体20的外周，用于密封盖体20的外周与腔室之间内壁的间隙。盖体20与外部的固定工装连接，其中，谐振腔11为圆柱腔，腔室的高度方向即谐振腔11的轴线方向。本实施例中的盖体20与腔体10的开口相适配，两者之间存在间隙，可以使得盖体20能够沿腔室的高度方向移动，从而调整谐振腔11的高度，金属密封部30可以对这部分间隙进行密封，防止电磁波露出。本实施例的谐振装置结构较为简单，操作便捷快速，只需通过外部的固定工装带动盖体20上下移动，就可以调节谐振腔11的高度，也可实现封闭式谐振腔11的闭合和开放两种模式的切换，便于向谐振腔11内部放置样品。本实施例为可多次重复使用设备，可进行多次样品的测量，降低设备成本及样品测量周期。打开盖体20向谐振腔11放入样品后，只需通过调节与盖体20连接的固定工装，即可将盖体20调节至刚接触样品的位置，保证了样品两端既能与谐振腔11内表面的良好接触，又避免了样品被损坏。本实用新型通过金属密封部30作为盖体20与腔室内壁的接触结构，可使圆柱形谐振腔11具有很好的封闭性，且减少与圆柱形谐振腔11内壁的接触面积，减小摩擦力，可准确调节盖体20进入圆柱形谐振腔11的深度，避免损坏测量样品。本实用新型优化了封闭式谐振腔11的密封及安装结构，使得封闭式谐振腔11的封闭性更好，降低了辐射损耗，提高了封闭式圆柱形谐振腔11的品质因数(Q值)，具有较高的精度，可准确测量低损耗材料的电磁参数。克服了测量装置结构复杂、安装繁琐、操作难度大等问题。

在一种优选地实施例中，本实施例的谐振装置自身也具备一定的盖体20悬停能力，以使谐振腔11保持在特定高度。具体来说，本实施例中的金属密封部30的外部与腔室的内壁过盈配合，通过金属密封部30与腔室内壁之间的摩擦力，使盖体20能够悬停在腔室内的预定位置。

为了保证金属密封部30的密封稳定性，本实施例中的金属密封部30包括环形安装槽31及金属密封环32，环形安装槽31沿盖体20的周向设置，金属密封环32套设在环形安装槽31中，并与环形安装槽31同轴设置。优选地，金属密封环32为环状软金属丝，本实施例通过在盖体20底部设计环形安装槽31的结构，增加一个金属密封环32作为盖体20与圆柱形谐振腔11内壁的接触结构，可使圆柱形谐振腔11具有很好的封闭性，且减少盖体20与圆柱形谐振腔11内壁的接触面积，减小摩擦力，可准确调节盖体20进入腔室的深度，避免损坏测量样品。

为了安装馈电装置的耦合探针，本实施例中的腔体10上设置有两个馈电接口，两个馈电接口均与谐振腔11连通，两个馈电接口分别用于安装发射耦合探针40及接收耦合探针50。在一种实施例中，本实施例中的高度可调的封闭式圆柱形谐振装置，包括盖体20、具有圆柱形谐振腔11的腔体10、馈电装置。馈电装置的发射耦合探针40和接收耦合探针50，分别通过馈电接口进入腔室，将测量传输线一端连接固定至馈电装置，将腔体10固定至外部的固定工装上；盖体20恰好可放入圆柱形谐振腔11的腔体10中，可通过调节两者之间的距离，使得谐振腔11处于封闭状态并调节圆柱形谐振腔11的腔高。根据所需测量的样品，将谐振腔11的高度调节至合适，使得样品的上下表面恰好接触到谐振腔11的底部和盖体20的底部。

为了便于安装，优选地，本实施例中的两个馈电接口均设置在腔体10的侧壁上。在其他实施例中，馈电接口也可设置在盖体或腔体底壁。

为了对腔体10及盖体20进行定位，使得盖体20与腔室能够对心，本实施例中的腔体10的底部设置有多个第一定位孔，盖体20上设置有多个第二定位孔。其中，腔体10可通过第一定位孔与定位销60的配合，与外部的固定工装进行定位，盖体20通过第二定位孔与定位销60的配合，与外部的固定工装进行定位，从而使得盖体20与腔室能够对心。

在一种优选地实施例中，为了进一步保证谐振腔11的密封性能，本实施例中的金属密封部30为多个，多个金属密封部30沿盖体20的轴向间隔设置，多个金属密封部30起到多重密封的效果，进一步保证谐振腔11密封性能。其中，金属密封部30包括环形安装槽31及金属密封环32，环形安装槽31沿盖体20的周向设置，金属密封环32套设在环形安装槽31中，并与环形安装槽31同轴设置。优选地，金属密封环32为环状软金属丝，本实施例通过在盖体20底部设计环形安装槽31的结构，增加一个金属密封环32作为盖体20与圆柱形谐振腔11内壁的接触结构，可使圆柱形谐振腔11具有很好的封闭性，且减少盖体20与圆柱形谐振腔11内壁的接触面积，减小摩擦力，可准确调节盖体20进入腔室的深度，避免损坏测量样品。

为了防止盖体20下落过低而严重损坏样品，为此，本实施例中的盖体20上设置有限位部，限位部凸出于盖体20的侧壁，在盖体20下沉至预设位置的情况下，限位部被腔体10的上端止挡，从而使得盖体20无法继续向下移动，从而有效的保护谐振腔11内部的样品，保证其不会被压坏。

在一种实施例中，本实施例中的限位部包括限位凸缘，限位凸缘沿盖体20的周向设置于盖体20的侧壁上，在盖体20下沉至预设位置的情况下，限位凸缘被腔体10的上端止挡，从而使得盖体20无法继续向下移动，从而有效的保护谐振腔11内部的样品，保证其不会被压坏。

在另一种实施例中，本实施例中的限位部包括多个限位凸块，多个限位凸块沿盖体20的周向间隔设置于盖体20的侧壁上，在盖体20下沉至预设位置的情况下，多个限位凸块被腔体10的上端止挡，从而使得盖体20无法继续向下移动，从而有效的保护谐振腔11内部的样品，保证其不会被压坏。

总体来说，盖体的作用是调节圆柱形谐振腔的高度、使得圆柱形谐振腔处于封闭状态。该部分直径小于腔室内部直径，可将其无接触放入腔室内。将盖体以下沉的方式放入腔室内，通过在盖体底部的金属密封环，可填补盖体与腔室内壁之间的间隙，使谐振腔处于完全封闭状态，减少电磁损耗，增强谐振腔的品质因数(Q值)，提高了样品电磁参数测量的精度。同时，通过调节盖体下沉的高度，可实现圆柱形谐振腔高度的调节，适应不同高度的样品测试。

腔体为圆柱形谐振腔的主体部分，材质为黄铜，表面镀银，内部平整光滑，用于放置测试样品，腔室高度可根据上述的盖体调节，以满足测量不同样品尺寸的需求。

外部的固定工装用于固定谐振装置的腔体和盖体，可活动调节盖体进入腔室的深度或使其从腔体内抽出，可多次放入样品进行测量并拿出。发射耦合探针以及接受耦合探针均连接传输线一端，传输线另一端连至矢量网络分析仪，完成信号的发送和采集。替代传统开式谐振腔中由两块金属平板组成的开放式结构，以消除辐射损耗影响，并用低损耗介质柱将待测材料支撑放置于金属腔内部中心位置，降低金属感应电流损耗；解决介质加载条件下封闭金属腔内电磁场分布问题，进而得到谐振频率与材料介电性能之间的精确关系；通过矢量网络分析仪测量腔体谐振频率与谐振Q值，并编制计算程序求解得到材料介电常数的最终结果；最后通过比对实验验证了测量装置性能。

在谐振装置的测试实施例中，基于本申请的谐振装置对微波介质陶瓷的测试，对于微波介质陶瓷，作为一种新型电子功能材料，有介电常数高、损耗小、温度系数好的优点，准确测量介质陶瓷材料介电性能在新材料开发、应用研究、相关器件设计过程中发挥着不可或缺的作用。

综上，实施本实施例提供的谐振装置，至少具有以下有益技术效果：

与现有技术相比，本实用新型中的盖体与腔体的开口相适配，两者之间存在间隙，可以使得盖体能够沿腔室的高度方向移动，从而调整谐振腔的高度，金属密封部可以对这部分间隙进行密封，防止电磁波露出。本实用新型的谐振装置结构较为简单，操作便捷快速，只需通过外部的固定工装带动盖体上下移动，就可以调节谐振腔的高度，也可实现封闭式谐振腔的闭合和开放两种模式的切换，便于向谐振腔内部放置样品。本实用新型为可多次重复使用设备，可进行多次样品的测量，降低设备成本及样品测量周期。打开盖体向谐振腔放入样品后，只需通过调节与盖体连接的固定工装，即可将盖体调节至刚接触样品的位置，保证了样品两端既能与谐振腔内表面的良好接触，又避免了样品被损坏。本实用新型通过金属密封部作为盖体与腔室内壁的接触结构，可使圆柱形谐振腔具有很好的封闭性，且减少与圆柱形谐振腔内壁的接触面积，减小摩擦力，可准确调节盖体进入圆柱形谐振腔的深度，避免损坏测量样品。本实用新型优化了封闭式谐振腔的密封及安装结构，使得封闭式谐振腔的封闭性更好，降低了辐射损耗，提高了封闭式圆柱形谐振腔的品质因数(Q值)，具有较高的精度，可准确测量低损耗材料的电磁参数。克服了测量装置结构复杂、安装繁琐、操作难度大等问题。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种谐振装置，其特征在于，所述谐振装置包括：

腔体(10)，所述腔体(10)内部设置有腔室，所述腔室在所述腔体(10)的上部形成开口；

盖体(20)，所述盖体(20)与所述腔室围设形成谐振腔(11)，所述盖体(20)沿所述腔室的高度方向可移动地安装在所述腔室中，以使所述谐振腔(11)的高度可调节；

金属密封部(30)，所述金属密封部(30)设置在所述盖体(20)的外周，用于密封所述盖体(20)的外周与所述腔室之间内壁的间隙。

2.根据权利要求1所述的谐振装置，其特征在于，所述金属密封部(30)的外部与所述腔室的内壁过盈配合，以使所述盖体(20)能够悬停在所述腔室内的预定位置。

3.根据权利要求2所述的谐振装置，其特征在于，所述金属密封部(30)包括环形安装槽(31)及金属密封环(32)，所述环形安装槽(31)沿所述盖体(20)的周向设置，所述金属密封环(32)套设在所述环形安装槽(31)中，并与所述环形安装槽(31)同轴设置。

4.根据权利要求1所述的谐振装置，其特征在于，所述腔体(10)上设置有两个馈电接口，两个所述馈电接口均与所述谐振腔(11)连通，两个所述馈电接口分别用于安装发射耦合探针(40)及接收耦合探针(50)。

5.根据权利要求4所述的谐振装置，其特征在于，两个所述馈电接口均设置在所述腔体(10)的侧壁上。

6.根据权利要求1所述的谐振装置，其特征在于，所述腔体(10)的底部设置有多个第一定位孔，所述盖体(20)上设置有多个第二定位孔。

7.根据权利要求3所述的谐振装置，其特征在于，所述金属密封部(30)为多个，多个所述金属密封部(30)沿所述盖体(20)的轴向间隔设置。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的谐振装置，其特征在于，所述盖体(20)上设置有限位部，所述限位部凸出于所述盖体(20)的侧壁，在所述盖体(20)下沉至预设位置的情况下，所述限位部被所述腔体(10)的上端止挡。

9.根据权利要求8所述的谐振装置，其特征在于，所述限位部包括限位凸缘，所述限位凸缘沿所述盖体(20)的周向设置于所述盖体(20)的侧壁上，在所述盖体(20)下沉至预设位置的情况下，所述限位凸缘被所述腔体(10)的上端止挡。

10.根据权利要求8所述的谐振装置，其特征在于，所述限位部包括多个限位凸块，多个所述限位凸块沿所述盖体(20)的周向间隔设置于所述盖体(20)的侧壁上，在所述盖体(20)下沉至预设位置的情况下，多个所述限位凸块被所述腔体(10)的上端止挡。

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