[发明专利]一种高效集中微波磁场谐振腔

说明书

本发明提供一种高效集中微波磁场谐振腔，属于微波测试技术领域。本发明谐振腔采用圆柱腔中部分填充介质结构，并且采用活塞使腔体主要工作在TE₀₁₁模式下，使得微波磁场高效集中在谐振腔的中心，输入较低功率就可以在谐振腔中心处得到较强的微波磁场，从而减小铁氧体材料自旋波线宽测试的成本。

技术领域

本发明属于微波测试技术领域，涉及一种高效集中微波磁场谐振腔，具体涉及一种用于测量铁氧体材料自旋波线宽的TE₀₁₁模谐振腔。

背景技术

微波铁氧体材料的旋磁性可以用来制作各种微波器件，常见的比如隔离器和环形器等微波方向性器件，以及移相器、转换开关和可调滤波器等微波控制器件。这些微波器件的工作频率覆盖了从米波、厘米波到毫米波频段，是微波、毫米波通信设备及电子系统中不可或缺的器件，广泛地被应用于雷达、电子对抗以及高能物理粒子加速器、移动通信、人造卫星、电视等军用和民用的各个方面。

在雷达系统中常用的高功率铁氧体器件的功率容量由材料的第一阶非稳定性限制，超过临阈功率后，会产生自旋波非线性激发，从而消耗电磁场能量。因此，自旋波线宽是微波铁氧体材料的重要参数，它不仅反映了材料的高功率性能，还反映了材料在远离共振区的损耗特性，所以测量自旋波线宽对于铁氧体器件的设计以及铁氧体材料的研究具有重要的意义。在测量铁氧体材料的自旋波线宽时，需要将材料置于较强的微波磁场的环境下，而高微波磁场值一般需要输入功率较高。如在文献《微波铁氧体材料自旋波线宽测试系统的研究》中采用大功率注入矩形腔的方法来完成铁氧体材料的自旋波线宽测试，该方法选用的是TE₁₀₄模矩形腔，腔体空气填充，对饱和磁化强度为1797Gs的铁氧体小球进行测试时，注入谐振腔功率为48.7dBm，测得自旋波线宽为4.48Oe。该方案测试腔体没有高效集中微波磁场，因此仍需要高功率微波源才可以测量较高自旋波线宽。但是高功率微波源以及相关器件非常昂贵，所以若能在相对低的输入功率下就可以获得高微波磁场值进而测量大范围自旋波线宽就显得尤为重要。

因此，如何实现微波磁场高效集中进而在低功率下测量大范围自旋波线宽就成为了一个亟待解决的问题。

发明内容

针对背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种高效集中微波磁场谐振腔。该谐振腔采用圆柱腔中部分填充介质结构，并且配合活塞使腔体主要工作在TE₀₁₁模式下，使得微波磁场高效集中在谐振腔的中心，输入较低功率就可以在谐振腔中心处得到较强的微波磁场，从而减小铁氧体材料自旋波线宽测试的成本。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种高效集中微波磁场谐振腔，包括主腔1、活塞2、填充介质3、固定环4、波导耦合结构5和耦合环结构6；所述主腔1为圆柱形腔体，其两开口端设置活塞2，所述活塞2在腔体竖直中心轴线上设置圆柱形通孔；所述填充介质3设置在主腔1内，为空心圆柱形并且与主腔1同心，其内径大于或等于圆柱形通孔的直径；所述固定环4设置于活塞2与填充介质3之间，用于固定填充介质3；所述活塞2与主腔1内壁形成阶梯状缝隙，靠近固定环的第一缝隙的直径小于第二缝隙的直径，第二缝隙内填充吸波材料；所述主腔1侧壁中心对称设置两个通孔，分别连接波导耦合结构5和耦合环结构6。

进一步地，所述固定环4的外径小于或等于主腔1的内径，内径与填充介质3的内径相等，且固定环4上设置有直径与填充介质厚度相同的圆柱形凹槽，该凹槽与填充介质的底面重合。

进一步地，所述波导耦合结构5为谐振腔的输入端，波导耦合为强耦合，可以将大部分的能量馈入到圆柱腔中；所述耦合环结构6为谐振腔的输出端，用于提取输出信号。

进一步地，所述波导耦合结构5优选采用标准矩形波导BJ100，波导的窄边垂直于腔体的中心轴线；所述耦合环结构6优选为同轴线馈电的磁耦合环，环面垂直于腔体的中心轴线。

进一步地，所述主腔1和活塞2的材料为黄铜，并且在表面进行镀银处理，镀层厚度大于谐振腔工作频点电磁波的趋肤深度。