不同形状孔缝微波耦合的实验研究
大学物理实验微波综合特性研究实验报告
篇一：大学物理实验微波光学特性及布拉格衍射微波光学特性及布拉格衍射摘要：微波是一种特定波段的电磁波，其波长范围为1mm~1m。
它存在反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象。
但因为它的波长、频率和能量具有特殊的量值，所以它所表现出的这些性质也具有特殊性。
用微波来仿真晶格衍射，发生明显衍射效应的晶格可以放大到宏观尺度（厘米量级）。
所以，本实验用一束3cm的微波代替x射线，观察微波照射到人工制作的晶体模型时的衍射现象，用来模拟发生在真实晶体上的布拉格衍射，并验证著名的布拉格公式。
该实验还利用了微波分光仪完成了微波的单缝衍射和微波迈克尔逊干涉实验。
该报告主要介绍了上述实验的原理，并进行了数据处理和误差分析，在最后还提出了一种实验仪器的改进方案。
关键字：微波光学特性布拉格衍射实验目的：1. 了解微波原理及微波分光的使用方法;2. 认识微波的光学性质，及基本测量方法。
实验仪器：体效应管微波发生器、微波分光计及其附件、微波发射天线、微波接收天线、检波器、微安表等。
实验原理微波波长从1m到0.1mm，其频率范围从300mhz～3000ghz，是无线电波中波长最短的电磁波。
微波波长介于一般无线电波与光波之间，因此微波有似光性，它不仅具有无线电波的性质，还具有光波的性质，即具有光的直射传播、反射、折射、衍射、干涉等现象。
由于微波的波长比光波的波长在量级上大10000倍左右，因此用微波进行波动实验将比光学方法更简便和直观。
微波是一种电磁波，它和其他电磁波如光波、x射线一样，在均匀介质中沿直线传播，都具有反射、折射、衍射、干涉和偏振等现象。
1、微波的反射实验微波的波长较一般电磁波短，相对于电磁波更具方向性，因此在传播过程中遇到障碍物，就会发生反射。
如当微波在传播过程中，碰到一金属板，则会发生反射，且同样遵循和光线一样的反射定律：即反射线在入射线与法线所决定的平面内，反射角等于入射角。
2、微波的单缝衍射实验当一平面微波入射到一宽度和微波波长可比拟的一狭缝时，在缝后就要发生如光波一般的衍射现象。
不同腔体材料微波炉的多物理场仿真与研究
不同腔体材料微波炉的多物理场仿真与研究
5G信号的发展对微波炉的仿真有着重要的影响。
微波炉作为一种利用室温相对控制来控制物料微波热处理的设备，它可以同时处理微波反射、吸收和散射，并且可以根据用户
的要求进行个性化定制。
这也使得微波炉在工业和商业应用中得到越来越多的广泛使用。
基于微波热处理部分，探究不同材料的微波炉及其多物理场模拟器，是非常必要的。
此外，微波炉内部的多物理场模拟器可以有效模拟微波热处理过程。
在此基础上，可以根
据用户的要求，进一步设计和制作不同材料的微波炉，以实现更好的性能和可靠性。
微波热处理的机理，其实和5G信号的发展有着密切的关系，因为问题的核心就在于
如何利用5G信号来实现微波热处理的功能。
因此，实现不同腔体材料微波炉的多物理场
仿真，需要考虑到5G信号和信号发射系统的设计，以实现良好的仿真结果。
为了实现不同腔体材料微波炉的多物理场仿真，需要用到多种仿真技术，包括有限元
分析，电磁场计算，电磁和热物理耦合分析以及考虑细节的细分析等。
考虑到复杂的仿真
技术要求，专业的仿真软件和多物理场模拟仪器将极大的有助于此类仿真的完成。
总之，在研究不同腔体材料微波炉的多物理场仿真面前，涉及到复杂的技术挑战，但
正是这些技术挑战，使得更多的设备和应用程序越来越智能化，受益于5G信号的发展，
特别是在5G的路由应用方面，将促进微波炉仿真的更多发展，从而实现更多的性能优化。
超宽带电磁脉冲对腔体孔缝耦合效应的数值模拟
成整数个网格，减少计算误差。取，．一1．2，7"／。=3，z，=5 mm，过渡区的3个网格步长分别为1．35，1．78，1．87 mm。时间网格取At =2．7 ps ，共 运行7 500个时间步， 整个程序需要 较长的运行 时间。计算模 型中的6个面 均采用7层完全匹配层吸收边界截断计算空间。
1．3入射 脉冲 源
肖金石1， 刘文化2， 张世英2， 张金华2
( i ．海军工程大学电子工程学院．武汉4 300 33； 2．海军装备研究院。北京100 161 )
摘要： 为了解孑L缝耦合对超宽带电磁脉冲干扰和毁伤电子设备的影响，应用时域有限差分法对长方腔
体上不同形状的孔缝耦合效应进行了数值研究。选取mi i l 量级的微小孔缝为研究对象。分析不同入射角度、不 同脉宽的激励源对耦合效应的影响。得到了孔腔共振效应、孑L缝增强效应和腔体内场强的分布规律。研究表
( 1)
式中：E，甄为总场；E，H；为入射场；E，，H，为散射场。
以立方Ye e元胞的格式划分空间网格，即步长d=△z 一△y一△z。为精确模拟微小孔缝，同时考虑计算机
的内存和计算效率，对孑L缝进行细网格划分，取艿一1 mm；其余大部分计算空间 采用粗网格，取艿=2 mm。对
于粗细网格之间的过渡区域，定义扩展因子r ，设过渡区域的空间网格总数为N。。以y轴正方向细网格向粗网
． 茸警镌
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H2- - k
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d=11．3Ii l l i i
，=2 5 mm w=4 mI TI
c =1 5 2mm h =1 3 ．2 mm
8 mm mm
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土口下 =k]一] I十 亡一[ o，
a =5mm
关于“微波实验和布拉格衍射”的实验讨论与误差分析
1
实验所测值 理论估算值 误差 分析：
2
38.4o 36.8o 1.6o
56.5o 55.5o 1.0o
68.1o 66.4o 1.7o
由上表可知， 实验所测值与理论估算值之间的误差为 1.0o ― 1.7o ，与其数据 本身相对误差较小， 在误差允许范围内，可以认为实验测量值证明了布拉格条件 的推导结果，验证了布拉格衍射公式。 2 利用 k=1 的（110）晶面测定波长 ○
1 =arccos(
2 2 n3 4 / 12 12 02 2 2cm 对晶面（110）面 d a / n12 n2
arccos(
结果对比
k 1 32.02mm ) arccos （ ）=55.5o 2d 2 2 2 10mm
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北航•基础物理实验研究型实验报告_39192117_伍享享
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北航•基础物理实验研究型实验报告_39192117_伍享享
主要步骤
1、验证布拉格衍射公式 （1）估算理论值 由 a 、 估算面衍射极大入射角 。 （2）调整仪器 调整仪器使发射喇叭和接收喇叭正对， 并使电流输出接近但不超过电流表的 满度，用间距均匀的梳形叉检查晶格位置上的模拟铝球。 （3）测量峰值入射角 转动模型使（100）面或（110）面的法线与载物台刻度盘 0o 重合，调整入 射角等于入射角，找到 ，测出各级衍射极大的入射角 。 根据已知晶格常数测波长。 根据已知波长测晶格常数 a 。 2、单缝衍射实验 调整单缝衍射板的缝宽， 转动载物台使其 180o 刻线与发射臂指针一致，放上 单缝衍射板，使狭缝所在平面与入射方向垂直。 转动接收臂使使其指针指向载物台 0o 刻线，打开振荡器电源并调节衰减器 使接收电表指示接近满度而略小于满度，记下读数，转动接收臂，每 2o 记一次。 3、迈克尔逊干涉实验 实验时使 B 板从一端移动到另一端， 同时观察电表接收信号的变化并依次记 下出现干涉极大和极小时 B 板的位置 X k 。
微波的光学特性实验
微波的光学特性实验微波的光学特性实验2014级光电信息科学与工程李盼园摘要微波是一种特定波段的电磁波，其波长范围为1mm~1m。
它存在明显的反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象。
本实验主要对微波的单缝衍射、双缝干涉及布拉格衍射现象进行验证讨论。
关键词微波、布拉格衍射、光学特性。
实验目的1.了解微波的原理及实验装置2.认识微波的光学特性及测量方法3.明确布拉格公式的解释以及用微波实验系统验证该公式。
实验原理微波是一种特定波段的电磁波，其波长范围为1mm~1m。
它存在反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象。
但因为它的波长、频率和能量具有特殊的量值，所以它所表现出的这些性质也具有特殊性。
用微波来仿真晶格衍射，发生明显衍射效应的晶格可以放大到宏观尺度（厘米量级），因此要微波进行波动实验比光学实验更直观，安全。
１.微波的单缝衍射λ当一平面波入射到一宽度和波长可比拟的狭缝时，就要发生衍射的现象。
缝后出现的衍射波强度并不是均匀的，中央最强，同时也最宽。
在中央两侧的衍射波强度迅速减小，直至 出现衍射波强度的最小值，即一级极小，此时衍射角为a *sin 1λϕ-=，其中是λ波长，a 是狭缝宽度。
随着衍射角增大，衍射波强度又逐渐增大，直至出现一级极大值，角度为：)43.1(sin 1a λϕ-= 。
如图２－１。
图２－１２.微波的双缝干涉当一平面波垂直入射到一金属板的两条狭线上，则每一条狭缝就是次级波波源。
由两缝发出的次级波是相干波。
当然，光通过每个缝也有衍射现象。
为了只研究主要是由于来自双缝的两束中央衍射波相互干涉的结果，实验中令缝宽a 接近λ。
干涉加强的角度为)*(sin 1b a K +=-λϕ，其中K=1，2，...，干涉减弱角度为：)*212(sin 1ba K ++=-λϕ ，其 中K=0，1，2，...。
实验仪器布置与图2相同，只是将单缝换成双缝。
原理图如下２－２：图２－２３.微波的布拉格衍射晶体内的离子、原子或分子占据着点阵的结构，两相邻结点的距离叫晶体的晶格常数，约在10-8 cm 的数量级。
基于缝隙耦合的微带天线设计
基于缝隙耦合的微带天线设计摘要：能够同时适用于射频识别、全球微波无线互联网和无线局域网这几大主流物联网通信技术标准的宽频天线的设计要求越来越高，比如体积小、成本低等，而微带天线体积小、剖面低且可集成化程度高，适合大批量生产，但其频带较窄，使用范围受到限制。
为此，提出了一种紧凑型宽频带微带贴片天线。
该天线引入了L型缝隙和三角形缝隙，仿真结果表明，天线－10dB阻抗带宽可达到100%，其工作频带为1．5GHz～4．3GHz;轴比带宽为3．4GHz～3．8GHz，圆极化带宽为11%;在该范围内的增益都在3dB以上;整个工作频带范围内都实现了宽频带、高增益等特性，适用于射频识别、蓝牙、WLAN等频段。
关键词：宽频带;微带贴片天线;增益;圆极化引言近年来，随着无线电技术的迅猛发展，对天线的要求越来越高，既需要天线高增益、宽频带，还要求具备剖面低、重量轻、易制作等特点。
当前无芯片射频标签正逐渐兴起。
频率编码容量大的无芯片标签工作的频率范围很宽，对标签阅读器的天线提出了更宽频带的要求。
微带天线因为其固有的窄带宽的特点，导致其应用大大地受到限制。
为了拓展微带天线的带宽，1984年，Pozar首次提出了缝隙耦合馈电微带天线，该天线隔离了馈电网络与辐射贴片，降低了馈电网络杂散波对辐射贴片的影响，克服了传统馈电方式带来的电感效应。
用缝隙耦合馈电的方式来拓展带宽，工程师们做了大量的卓有成效的工作。
1结构分析1.1天线结构设计按照结构特征分类可以把微带天线分为微带贴片天线和微带缝隙天线。
从以往的研究来看，不同的贴片形状也会影响天线的阻抗带宽。
常用的贴片形状为矩形、正方形、圆形、三角形或者其他，通常会在这些图形的基础上做一些更加复杂的变化，以此改变天线的工作带宽、波束宽度、增益、轴比特性、圆极化等，来满足实际应用的需求。
本次设计的宽频带天线最终整体结构如图1所示。
该天线对贴片的缝隙大小以及位置进行设计修改，整体包含三个部分，分别为顶层辐射金属贴片层、中间介质基板、底层接地板金属贴片层。
监护仪壳体的EMP屏蔽效能研究
监护仪壳体的EMP屏蔽效能研究
袁军;肖冬萍;简鑫
【期刊名称】《医疗卫生装备》
【年(卷),期】2012(033)010
【摘要】目的:分析不同形状孔缝结构对壳体电磁脉冲屏蔽性能的影响,为金属壳体的医疗设备电磁脉冲防护设计提供参考.方法:以带有不同形状孔缝的监护仪壳体结构为研究对象,通过试验方法,对壳体内部电场和磁场脉冲的幅值-时间参数进行测量.结果:在加载波形为0.1 ms/10 ms的外部电场时,正方形孔耦合的电场最大,圆形孔耦合的最小;在加载波形为2 μs/50μs的外部磁场时,细窄矩形孔耦合的磁场强度最大,圆形孔耦合的最小.结论:通过以上试验可以得出结论,在设计医疗电子设备的金属壳体时,应采用圆形散热孔以减少电磁脉冲的干扰.
【总页数】3页(P15-17)
【作者】袁军;肖冬萍;简鑫
【作者单位】第三军医大学大坪医院,重庆400042;输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学),重庆400030;输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学),重庆400030
【正文语种】中文
【中图分类】R318.6;TM153+.5
【相关文献】
1.EMP激励下带孔缝金属机箱的屏蔽效能研究 [J], 夏能弘;宋文武;方重华;王春;丁志尧
2.小尺寸壳体屏蔽效能仿真研究进展 [J], 程二威;王庆国
3.长方体隔爆壳体对浪涌电磁辐射屏蔽效能研究 [J], 孙继平;郑召文;冯德旺;任锦彪
4.SVG子模块PCB壳体的电磁屏蔽效能仿真分析 [J], 孙德林;张中胜;曹利伟;徐国良
5.基于机柜壳体屏蔽效能的电磁仿真与测试 [J], 关羽
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微波光特性实验
微波光特性实验一、实验原理1、微波的反射如图1所示，一束微波从发射喇叭A 发出，射向金属板MN ，入射角为i ，由于微波的传播遵循反射定律，因此在反射方向的位置上，只有接收喇叭B 处在反射角i i ='时，接收到的微波强度最大，即反射角等于入射角。
2、 微波的单缝衍射 图1 微波的衍射原理与光波的衍射完全相同。
当一束微波入射到与波长可以比拟的狭缝时，它就要发生衍射现象如图2所示。
设微波 波长为λ，狭缝宽度为a ，衍射角为ϕ，当λϕk a ±=sin ， ,3,2,1=k 时，在狭缝后面出现衍射波强度的极小值。
当2)12(sin λϕ+±=k a ， ,2,1,0=k 时， 在狭缝后面出现衍射波强度的极大值。
（中间 图2 极大在0=k 处）3、微波的双缝干涉微波的传播遵守干涉规律，如图3所示，当一束波长为λ的微波垂直入射到金属板的两条狭缝上，则每条狭缝就是次波源。
由两缝发出的次波是相干波，因此在金属板后面的空间中，将产生干涉现象。
设狭缝宽度为a ，两缝间的距离为 b ，则由干涉原理可知，当λϕk b a ±=+sin )(， ,3,2,1=k 时，干涉加强； 图3 当2)12(sin )(λϕ+=+k b a ， ,2,1,0=k 时， M N干涉减弱。
4、微波的迈克尔逊干涉如图4所示，在微波前进的方向上放置成450的半透射板MN ，由于A 、B 处全反射的图4作用，两列波再次回到半透射板并到达接收喇叭处。
于是接收喇叭收到两束同频率，振动方向一致的两列波。
如果这两列波的相位差为π2的整数倍，则干涉加强；当相位差为π的奇数倍，则干涉减弱。
假设入射的微波波长为λ，经A 、B 反射后到达接收喇叭的波程差为δ， 当λδk =， 2,1,0±±=k 时，连在接收喇叭上的指示器有极大示数； 当2)12(λδ+=k ， 2,1,0±±=k 时，连在接收喇叭上的指示器有极小示数；当A 不动，将反射板B 移动距离L ，则两列波到达接收喇叭的波程差为L 2=δ，假设从某一级极大开始记数，测n 出个极大值，则由λn L =2得到nL 2=λ，即可测出微波的波长。
微波分光实验报告
微波分光实验小组成员：陈瑶20121004159肖望20121003780薛帅20121004279蔡阳20121004087微波光学实验一，实验原理1. 反射实验电磁波在传播过程中如果遇到反射板,必定要发生反射.本实验室以一块金属板作为反射板,来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上时所遵循的反射规律。
2. 单缝衍射实验如图,在狭缝后面出现的颜射波强度并不均匀,中央最强,同时也最宽,在中央的两侧颜射波强度迅速减小,直至出现颜射波强度的最小值,即一级极小值,此时衍射角为φ=arcsin(λ/a).然后随着衍射角的增大衍射波强度也逐渐增大,直至出现一级衍射极大值,此时衍射角为Φ=arcsin(3/2*λ/a),随着衍射角度的不断增大会出现第二级衍射极小值,第二级衍射极大值,以此类推。
3.双缝干涉平面微波垂直投射到双缝的铝板上时，由惠更斯原理可知会发生干涉现象。
当dsinθ=(k+1/2)λ（k=0,±1,±2……）时为干涉相消（强度为极小），当dsinθ=kλ(k=0,±1,±2……)时为干涉相长（强度为极大）4.偏振设有一沿z轴传播的平面电磁波，若它的电池方向平行于x轴，则它的电场可用下面表达式的实部来表示：式中k0为波矢。
这是一种线偏振平面波。
这种波的电场矢量平行于x轴，至于指向正方向还是负方向取决于观察时刻的震荡电场。
在与电磁波传播方向z垂直的X-y平面内，某一方向电场为E=Ecosα，α是E与偏振方向E0的夹角。
电磁场沿某一方向的能量与偏振方向的能量有cos2α的关系，这是光学中的马吕斯定律：I=I0COS2α5.迈克尔孙干涉实验在平面波前进的方向上放置一块45°的半透半反射版,在此板的作用下,将入射波分成两束,一束向A传播,另一束向B传播.由于A,B两板的全反射作用,两束波将再次回到半透半反板并达到接收装置处,于是接收装置收到两束频率和振动方向相同而相位不同的相干波,若两束波相位差为2π的整数倍,则干涉加强;若相位差为π的奇数倍,则干涉减弱。
基于HFSS缝隙耦合贴片天线的仿真设计报告
基于HFSS缝隙耦合贴片天线的仿真设计报告HFSS（High Frequency Structure Simulator）是一种电磁仿真软件，广泛应用于无线通信、微波电路、天线设计等领域。
其中，扇形缝隙耦合贴片天线是一种常见的天线结构，具有较好的性能和应用潜力。
本报告将基于HFSS对缝隙耦合贴片天线进行仿真设计。
在设计前，我们首先要设置仿真的参数。
通过选择“Analysis”菜单下的“Design Settings”打开仿真参数设置对话框。
在对话框中，我们可以设置模型的频率范围、单位、边界条件等。
根据实际需求，选择合适的参数设置后，可以开始进行仿真设计。
在HFSS软件中，我们可以进行多种类型的仿真分析，如S参数、辐射模式、电场分布等。
在缝隙耦合贴片天线的仿真设计中，我们可以使用S参数分析来研究天线的频率响应。
通过选择“Analysis”菜单下的“S-parameters”选项，进行设置并运行仿真。
仿真完成后，可以得到天线的S参数结果，包括频率响应和射频性能指标。
除了S参数仿真，我们还可以进行辐射模式仿真。
通过选择“Analysis”菜单下的“Radiation”选项，进行设置并运行仿真。
仿真完成后，可以得到天线的辐射模式图，可以直观地观察到天线的辐射特性。
此外，HFSS还提供了电场分布仿真功能，可以用于研究天线的电场分布状况。
通过选择“Analysis”菜单下的“Fields”选项，进行设置并运行仿真。
仿真完成后，可以得到天线的电场分布图，可以观察到天线不同部分的电场强度和分布情况。
通过上述的仿真设计，我们可以对缝隙耦合贴片天线的性能进行评估和优化。
根据仿真结果，可以对天线的尺寸、结构或材料进行调整和优化，以达到更好的性能指标。
综上所述，基于HFSS的缝隙耦合贴片天线仿真设计可以为天线工程师提供一种快速、准确的设计手段。
通过HFSS软件的功能和仿真工具，可以对天线的性能进行全面分析和评估，为天线设计和优化提供有力的支持。
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第16卷 第1期强激光与粒子束Vol.16,No.1 2004年1月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSJan.,2004
文章编号: 100124322(2004)0120088203
不同形状孔缝微波耦合的实验研究Ξ
周金山, 刘国治, 彭 鹏, 王建国(西北核技术研究所,陕西西安710024) 摘 要: 探讨了椭圆、圆环、方环、十字交叉形、圆形、正方形、正三角形及双矩形孔缝在2～18GHz频率范围内的耦合系数,并与矩形孔缝的耦合特性进行了比较。结果表明:各种不同形状孔缝微波耦合的共振特性与其纵横比有关,纵横比较大的孔缝耦合共振现象比较明显,纵横比较小的孔缝耦合特性趋于高通;各种孔缝的共振频率与孔缝长度有密切关系。 关键词: 高功率微波; 耦合; 共振效应 中图分类号: O441.5 文献标识码: A
高功率微波(HPM)与目标系统发生作用的必要条件是其能量通过“前门”或“后门”耦合进入系统[1,2]。所谓“前门”耦合指的是通过天线等的耦合,“后门”耦合指的是通过目标腔体上的接缝、裂缝、舱门或电缆等的耦合。由于通过前门耦合的能量有可能被系统的保护器件阻隔而不会对系统产生干扰或破坏,而系统上的孔缝不可避免,所以,通过后门耦合进系统,并对系统内的器件进行干扰或破坏是高功率微波能量进入目标系统的重要途径之一。 为了研究孔缝微波耦合现象,我们建立了耦合理论、数值模拟方法和实验方法[1～3]。用理论和数值模拟方法研究了孔缝微波线性(无大气击穿现象)和非线性(发生大气击穿现象)耦合问题[2,3]。在文献[1]中,我们建立了一套孔缝耦合系数的实验测量装置,描述了测量原理和方法,并给出了矩形孔缝对微波辐射场耦合特性的实验研究结果。结果表明:对于矩形孔,当入射波电场垂直于孔的长边时,在微波波长约等于长边长度2倍的一个频带内存在强耦合[1],并出现增强效应,说明“后门”耦合有非常重要的意义。为了深入研究“后门”耦
合问题,本文实验研究了几种不同形状、尺寸的孔缝对微波辐射场的耦合特性,主要探讨圆形、圆环、椭圆形、正方形、正三角形、十字交叉形孔缝和双矩形孔缝的耦合系数受其参数的影响及不同形状的差异,并与矩形孔缝的耦合作了比较。实验时采用<50cm×50cm的圆柱腔体,孔缝所在腔体的壁厚度为5mm,探头距孔缝5cm,除测量极化特性外,保持天线、探头垂直极化,孔缝宽边与辐射天线极化方向垂直。
1 实验装置及方法 实验装置框图及实验方法详见文献[1]。实验时先以微波吸收材料取代带孔缝金属板,并将接收测量探头移至金属板的位置,由HP8510C测量记录得到此时系统的传输系数S
′
21(f);再去掉微波吸收材料,
加上带孔
缝金属板,将探头放在指定位置,测量记录S
21(f),由S21(f)减去S′21(f)得耦合系数为
η(f)=S
21(f)-S21(f)=10lg[Ρ1(f)/Ρ0(f)](1)
式中,P
0(f)为入射微波功率密度;P1(f)为金属壳体内测试点的耦合微波功率密度。
2 实验结果2.1 椭圆孔的耦合特性 实验中采用了16mm×2mm,16mm×4mm,16mm×8mm,20mm×4mm,30mm×4mm等5种椭圆孔(2a
×2b,其中a,b分别为半长轴、半短轴)。实验时,辐射天线与接收探头极化方向保持一致,并与椭圆长轴垂直。 图1给出了16mm×2mm,16mm×4mm椭圆孔耦合系数随频率变化的曲线。结果表明,与矩形孔缝耦合特性类似,当椭圆的长短轴之比较大时,其耦合呈带通特性,定义其中心频率为共振频率f
c,
则其对应共振波
长约为长轴的2倍,并稍小于相同长度的矩形孔缝。 随着长短轴之比的增大,椭圆孔在较高频段的耦合逐渐增强,耦合特性趋于高通(在实验频段内),截止频
Ξ收稿日期:2002205220; 修订日期:2003208210
基金项目:国家863计划项目资助课题作者简介:周金山(1970—),男,硕士,现从事超宽谱高功率微波研究工作;西安市69213信箱。
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.率取决于椭圆的长轴,其截止波长略长于长轴的2倍。 选用20mm×4mm椭圆孔缝,以长轴水平方向为0°,实验结果如图2所示,其中耦合系数曲线为10%频率平滑后的结果[1]。由图2可见,与矩形孔缝的极化特性类似,当辐射场的极化方向与椭圆的长轴垂直时,其耦合最强,随着辐射场极化方向与椭圆长轴夹角的增大,耦合场减弱,减弱速度随角度的增大而加快。由于孔缝和探头对极化场的双重选择,孔缝方向的改变对耦合的影响更大。而由于圆柱腔体的作用,腔体内耦合场的极化减弱。
Fig.1 Couplingcoefficientof16mm×2mmand16mm×4mmellipticaperture图1 16mm×2mm和16mm×4mm椭圆孔耦合系数Fig.2 Polarizationofellipticaperture图2 椭圆孔耦合的极化特性 2.2 圆环孔缝的耦合特性 实验用圆环孔缝如图3所示。结果表明,微波场通过圆环孔缝到腔体的耦合也具有明显的共振特性。由于所用圆环孔缝有不连续点,耦合场因入射场极化方向与孔缝的夹角(孔缝以缺口向下为0°)不同,存在两种不同的共振点:当孔缝角度为0o时,可以看出,耦合系数曲线有两个共振点f
c1=4.64GHz和fc2=9.64GHz,
其对应波长分别为λc1=64.6mm和λc2=31.1mm,分别约等于4倍及2倍直径(d=16mm);随着孔缝角度的
增大,两共振点的耦合系数下降,其中fc1点的耦合系数下降更快,当孔缝角度为45°时,共振现象已基本消失,
同时,在f
c3=6.58GHz处出现共振现象,其波长λc3=45.6mm约等于圆环的长度(46.1mm),
其耦合系数随孔
缝角度的增大而增大;当孔缝角度为90°时,fc1及fc2处共振现象均已消失,而fc3处的共振达到最强。 以共振频率f
c2=9.64GHz
为例
对圆环孔缝的极化特性作了研究,图4为实验结果。由图中可以看出,圆环孔缝的极化特性较矩形孔缝及椭圆孔的极化弱,孔缝、探头、天线三者长边夹角在0°～90°之间变化时,探头引起的耦合系数变化不超过10dB,而孔缝和天线引起的变化则不超过15dB。圆环孔缝耦合的另外两个共振点的极化特性类似。 图5给出了孔缝角度分别为0°,
Fig.3 Schematicdiagramofcircle Fig.4 Polarizationofcircleaperture图3 圆环孔缝示意图 16mm×4mmellipticaperture
图4 圆环耦合的极化特性
45°及90°时的耦合系数随频率的变化曲线,其探头距孔缝的距离均为z=5cm。2.3 方环孔缝的耦合特性 实验孔缝如图6所示,其长度为16mm,宽度W分别为1mm,2mm,4mm,8mm。实验时,探头与天线极化方向保持一致。 实验结果表明,当辐射场极化方向垂直于方环孔缝的长边时,其耦合具有明显的共振特性,表1列出了各孔缝的共振频率fc及共振波长λc与孔缝几何参数的关系,可以看出,方环孔缝的共振波长约等于其长度L。2.4 十字孔缝的耦合特性 实验孔缝为两个16mm×1mm矩形孔缝垂直相交,并相互平分而成。孔缝以其中一个矩形水平为0°。由于十字孔缝的对称性,极化实验时各角度变化范围为0°到45°。
98第1期 周金山等:不同形状孔缝微波耦合的实验研究© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.Fig.5 Couplingcoefficientvsfrequencyforthecirclewithdiameterofd=16mm图5 直径d=16mm圆环孔缝耦合系数随频率变化 实验结果表明,十字孔缝的耦合特性与矩形孔缝类似,有明显的共振特征,其共振频率与单个矩形孔缝一致。但由于两个矩形孔缝耦合的互补作用,十字孔缝耦合的极化特性明显减弱,随辐射场极化方向、孔缝及探头方向的改变,测得耦合系数相差不到3dB。2.5 圆孔、方孔、三角孔缝的耦合特性 由于圆孔、方孔和三角孔缝的纵横比较小,其耦合系数随频率的变化曲线没有共振特性,在实验频段内呈现高通特性。就同一形状而言,耦合系数随其面积的增大而增大。
3 结 论 本文对几种不同形状孔缝的微波耦合系数进行了实验研究,得到了如下结论:各种不同形状孔缝的微波耦合的共振特性与其纵横比有关,纵横比较大孔缝的耦合共振现象比较明显,纵横比较小孔缝的耦合特性趋于高通;各种孔缝的共振频率与孔缝长度有密切关系。
参考文献:
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TransPlasmaScience,1996,24(1):193—197.[4] 王建国,屈华民,范如玉,等.孔洞厚度对高功率微波脉冲耦合的影响[J].强激光与粒子束,1994,6(2):282—286.(WangJW,QuHM,FanRY,etal.Effectsofslotdepthoncouplingofhighpowermicrowavepulses.HighPowerLaserandParticleBeams,1994,6(2):282—286)
Experimentalstudiesonmicrowavecouplingcoefficientfordifferent2shapedapertures