[发明专利]一种可调微波谐振腔

说明书

本发明属于材料电磁学参数的测量技术领域，具体涉及一种可调微波谐振腔。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取代空气，以及活塞结构，实现了四分之一波长同轴谐振腔的小型化和频率可调。

技术领域

本发明属于材料电磁学参数的测量技术领域，具体涉及一种可调微波谐振腔。

背景技术

近十年来，随着微波技术的快速发展，微波介质材料在微波通信、雷达、航空航天、医疗检测中得到广泛应用。介电常数是微波介质最重要的参数之一，因此在制造微波介质材料时，准确的测量介电常数具有十分重要的意义。

常用的介电常数测量方法是使用末端开孔的四分之一波长同轴谐振腔，通过开孔与介质材料接触，四分之一波长同轴谐振腔内的电场将会受到干扰，通过测量谐振腔工作前后的谐振频率和品质因数就可以得到介质材料的介电常数；因此四分之一波长同轴谐振腔的设计十分重要。

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。

目前使用的四分之一波长同轴可调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，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。而谐振腔的小型化通常采用在谐振腔内部添加固体的高介电常数材料，如蓝宝石等，或者添加人工结构，但这些结构一旦设计完成其主模频率就固定，常用的频率调节手段，如加调谐螺杆、改变腔体长度等方式由于会破坏其中添加的固体材料或人工结构而无法使用。如果需要测试多个频率，就需要不同频率的谐振腔，这极大地增加了成本。

发明内容

针对上述存在问题或不足，为同时实现四分之一波长同轴谐振腔小型化和频率可调的问题，本发明提供了一种可调微波谐振腔，其填充介质为液体。

该可调微波谐振腔，包括金属腔体和金属塞。金属塞与金属腔体的内腔大小相适应，并置于金属腔体内构成在金属腔体中滑动的活塞装置。

金属塞上设有输入与输出孔、橡胶活塞、两个注水孔和金属柱。

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。

金属柱与金属塞为一个整体，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。

金属塞连接金属柱一面固定有一个大小相适应的橡胶活塞，通过橡胶活塞实现金属塞与金属腔体内部的良好密封性。

两个注水孔，用于向金属腔体内注入液体，并配以大小相适应的橡胶防水塞，使用时金属腔体的腔中注满液体。

金属腔体底部设有通孔，通过通孔对介质材料进行测量，并配以大小相适应的橡胶防水塞，通孔半径≤0.5mm，由于通孔很小，大气压强使得腔体中的液体不会泄露出来。未注水时通过橡胶塞将通孔密封，待注满液体之后去掉橡胶塞。

所述液体为介电常数高于空气且不导电的液体。

使用时，首先通过橡胶塞将通孔密封，将金属塞滑动至金属腔体顶部，通过一个注水口注满液体；然后除去金属腔体底部通孔上的橡胶塞，通过输入输出口连接矢量网络分析仪观察谐振频率，再通过滑动金属塞将谐振频率调至需要的工作频率，此时腔体内的液体从通孔排除。

进一步的，所述金属柱与金属塞采用一体化制造或分别制造后再固定连接。

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：