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一腔多模高Q-TE01p圆柱腔模式净化的优化研究

作　者: 王康宇
导　师: 林祖伦; 张其劭
学　校: 电子科技大学
专　业: 光学工程
关键词: 复介电常数 高Q谐振腔 微波测量
分类号: TM934.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


在卫星通信系统、隐身技术等领域中微波设备不可或缺，设备的性能与电介质材料的介电性能密切相关。所以，利用不同的测试系统准确地得到介质材料的复介电常数意义重大。本文基于圆柱谐振腔理论及国家标准GB/T5597-1999中高Q腔法测试的内容，对18～40GHz电介质复介电常数测试腔进行相关的优化研究。通过净化高Q圆柱腔中的工作模式TE01p模，排除干扰模对工作模式的影响。干扰模包括与TE01p模相邻的模式及简并模TM11p模，优化的目的就是为了更好地抑制干扰模，从而保证测试的精确度。本文主要研究内容如下：1．优化18～40GHz高Q谐振腔的结构和尺寸高Q腔由主腔、活塞和后腔构成，在腔体侧壁上开耦合孔。主腔尺寸决定TE01p模的谐振频率，可排除大部分非简并干扰模；活塞与腔壁不接触可切断TM11p模的纵向电流，后腔中放置吸波材料吸收TM11p模的能量。利用模式图优化得到主腔的尺寸；利用HFSS的本征模法优化得到活塞和后腔的尺寸及吸波材料的参数；利用HFSS的模式驱动法优化耦合装置的位置和尺寸。优化得到的数据如下：主腔直径D=22.xx mm，长度L=30.xx mm；活塞与腔壁的间隙G=0.6mm，活塞高度h1=1.5mm；后腔第一级台阶直径D2=16.65mm，高度h2=3.0mm；后腔第二级台阶直径D3=12.0mm，高度h3=4.1mm；吸波材料参数ε’=6.7，tanδ=0.5。根据优化后的数据加工腔体。2．测试优化后的18～40GHz高Q腔对优化后的高Q腔进行反复的空腔测试。对比优化前后，空腔测试时高Q腔的品质因数。利用该测试系统对蓝宝石样品进行测试，整理分析测试数据。结果表明，本文对18～40GHz高Q腔的优化合理，该测试系统满足设计的指标和测试的误差要求。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章 前言  11-16
  1.1 选题意义  11
  1.2 复介电常数的测试方法概述  11-12
    1.2.1 谐振法  11-12
    1.2.2 网络参数法  12
  1.3 高 Q 腔国内外研究现状  12-14
  1.4 本文结构  14-15
  1.5 本章小结  15-16
第二章 TE01p型高 Q 圆柱谐振腔基本理论  16-26
  2.1 TE01p模场分布  16-19
  2.2 TE01p型高 Q 腔基本参量  19-21
    2.2.1 TE01p型高 Q 腔的谐振频率 f0  19-20
    2.2.2 TE01p型高 Q 腔的品质因数 Q0  20-21
  2.3 高 Q 腔的耦合参量  21-23
  2.4 一腔多模的模式选择  23
  2.5 TM11p模对 TE01p模的影响  23-25
  2.6 本章小结  25-26
第三章 18～40GHz TE01p型高 Q 圆柱腔的优化研究  26-56
  3.1 18～40GHz 圆柱腔主腔尺寸的优化  26-30
  3.2 活塞的设计  30-31
  3.3 后腔结构的设计  31
  3.4 耦合结构的设计  31-32
  3.5 仿真模型的优化  32-54
    3.5.1 仿真软件  32
    3.5.2 仿真优化流程  32-34
    3.5.3 间隙 G 值的优化  34-35
    3.5.4 活塞高度 h1的优化  35-37
    3.5.5 吸波材料的优化  37-39
    3.5.6 后腔第一级台阶的优化  39-42
    3.5.7 后腔第二级台阶的优化  42-47
    3.5.8 耦合结构的优化  47-54
  3.6 测试腔实物结构  54-55
  3.7 本章小结  55-56
第四章 18～40 GHz 高 Q 腔测试系统  56-62
  4.1 测试原理  56-59
    4.1.1 物理模型  56-57
    4.1.2 复介电常数的求解  57-59
  4.2 搭建测试系统  59-60
  4.3 高 Q 腔 f0和 Q0的测试  60-61
  4.4 工作模式 TE01p的识别  61
  4.5 本章小结  61-62
第五章 测试结果与误差分析  62-73
  5.1 测试方式选择  62-63
  5.2 测试流程  63-64
  5.3 测试误差分析  64-65
  5.4 优化后空腔测试结果  65-70
  5.5 样品测试  70-72
    5.5.1 测试样品的加工要求  70-71
    5.5.2 样品的测试结果  71-72
  5.6 本章小结  72-73
第六章 结论  73-75
致谢  75-76
参考文献  76-80

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气测量技术及仪器 > 集中参数、分布参数的测量及仪表 > 绝缘（介质）测量及仪表 > 介电系数测量
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