多间隙耦合腔中各个模式的等效电路分析!.pdfVIP

ELECTRONICS WORLD ・技术交流 多间隙耦合腔中各个模式的等效电路分析 北方工业大学电子信息工程学院 崔 健 刘庆庆 李爱迪 【摘要】 本文基于等效电路基本方法，导出了N间隙耦合腔中各个模式谐振频率及其特性阻抗计算方法，并以三间隙休斯结构耦合腔为例， 计算分析了耦合腔中各个模式谐振频率和特性阻抗随耦合槽谐振频率的变化关系，并通过三维电磁场仿真模型验证了等效电路的有效性。 【关键词】 等效电路；谐振频率；特性阻抗 引言 耦合槽等效阻抗： 分布互作用器件由于能够在毫米波亚毫米波段提供大功率输 出，目前在卫星通讯、气候观测、深空拓扑成像等项目得到广泛应 [1,2] 用 。其中，多间隙耦合腔是构成分布互作用器件的关键部分，多 分别为第i 个腔体和第i 个耦合槽谐振频率， 和 个间隙使腔体的每个间隙上的电场强度大大降低，减小了高频间隙 分别为第i个腔体和第i个耦合槽特性阻抗。 被击穿的可能性，有利于峰值功率的提高，同时，由于耦合腔中存 在多个谐振模式，可以利用模式重叠有效拓展工作带宽。 由于相邻间隙之间存在直接的电磁耦合，多间隙耦合腔存在多 个谐振模式，随着间隙数目增加，谐振模式会更多，对应谐振频率 不同，并且不同模式激励起的间隙电场强弱、分布也不同。而特性 （1） 阻抗反映了在一定储能下某一模式间隙电压的大小，能够有效地体 将式 （1）写成矩阵形式 如式 （2 ）所示。由于感应电 [3] 流i通常不为0 ，所以 ，求解得到耦合腔各个谐振模式，再根据 现电场的作用 。本文选用谐振频率和特性阻抗来讨论多间隙耦合 [5] 腔中各个模式特点，可能具有一定的物理和实际应用意义。 定义 得出其对应特性阻抗 。 1.理论模型 多间隙耦合腔以休斯结构耦合腔为例，其示意图如图1所示， 由于其工作模式近似为TM010模式，其电场主要集中在互作用间隙 处，属于腔体的电容部分C ；磁场集中在腔体四周，属于腔体的电 （2 ） 感部分L 。相邻腔壁上的耦合槽使腔体部分电流被截断，可以等效 以三间隙耦合腔为例，假设各个腔体阻抗相等，即 ， 为并联谐振的电感L 和电容C [4,5] 。因此，N 间隙休斯结构耦合腔等 其余两个耦合槽特性阻抗相等，即 ，根据行列式 ，得到 S S 效电路如图2所示。 ，得到对应五个模式谐振频率及其特性阻抗： 模式1：谐振频率： 特性阻抗： 此时 ，由于相邻间隙电压相位之差是2 π，称为2 π模。