超寬帶諧振腔設計技術研究及應用.pdf

1、諧振腔是一種具有儲能和選頻作用的微波無源器件，廣泛應用于濾波器、振蕩器、頻率計等元器件設計以及微波測量等領域中。然而常用的諧振腔一般采用單一的工作模式，覆蓋頻帶較窄，這樣在寬頻帶測試時必須使用多個腔體，測試工序較為繁瑣且成本較高，因此，用一個腔體覆蓋整個頻帶實現(xiàn)超寬帶測試具有十分重要的意義。
　　基于此研究目的，本文在分析了常用傳輸線型諧振器的優(yōu)缺點上，分頻段來設計1~40GHz諧振腔腔體，其中1~7GHz采用同軸腔結構，7~40

2、GHz采用 TE0np模圓柱腔結構，最后創(chuàng)新性地將二者整合為一套腔體結構，實現(xiàn)用一個腔體覆蓋1~40GHz超寬帶。
　　本文的重點是7~40GHz圓柱腔體的設計。根據(jù) TE0np模諧振頻率公式，給出主腔長度尺寸范圍；繼而利用模式凈化原理及后腔處理技術建立模型，并利用HFSS軟件對縫隙階梯活塞尺寸進行優(yōu)化，最后分析耦合方式及耦合位置，完成諧振腔的一體化設計。本次論文設計時重點考慮了如下幾個問題：
　　1.干擾模式的抑制：針對工

3、作模式附近數(shù)量繁多的干擾模式，本文采用3步進行抑制，首先利用模式凈化原理對圓柱腔長度進行優(yōu)化，其次利用后腔處理技術加入縫隙階梯活塞對存在縱向電流分量的干擾模式進行抑制，最后利用雙脊波導/矩形波導激勵對簡并模式進行抑制；
　　2.耦合結構設計：7~40GHz圓柱腔體采用孔耦合激勵，耦合端口選擇在工作模式場強最大值處開孔，且開孔位置需對1~7GHz同軸腔設計造成的影響亦降至最低。最終7~26.5GHz選擇在側壁處開孔，而Ka波段在上端

4、蓋開孔，而1~7GHz同軸腔采用探針耦合。
　　3.一體化腔體結構的設計：為使同軸腔體Q0值最大，計算可調節(jié)同軸內導體直徑，綜合考慮同軸-圓柱二腔體的相互影響，優(yōu)化設計耦合結構，完成同軸腔的設計，實現(xiàn)一體化腔體整體設計。
　　根據(jù)同軸腔及圓柱腔復介電常數(shù)測試原理，搭建可工作于1~40GHz諧振腔測試系統(tǒng)，利用微擾法對待測樣品進行了測試，并對測試結果進行了標準差分析。在整個頻帶內，測試標準差為｜△ε'/-ε'｜≤1％?,｜△t