下载文档原格式
矩形共振腔中的驻波现象研究引子：科学研究从来都是在不断突破与探索中前进的。
这篇文章将要讨论的主题是矩形共振腔中的驻波现象研究。
引入：在物理学中，共振是指在一个物体或系统受到外部激励时，内部振动能量逐渐增大的现象。
而矩形共振腔是一个具有特定形状和尺寸的空间，可以在其中形成驻波。
那么，什么是驻波呢？驻波的形成：驻波是指两个或多个具有相同频率的波在空间中叠加形成的现象。
在矩形共振腔中，当空腔的边和波的波长有特定的整数关系时，反射波和入射波叠加形成驻波。
这种现象会导致波的幅度在空间中保持不变，形成静止的波纹，这就是驻波。
影响因素：研究矩形共振腔中的驻波现象，我们需要考虑的因素有很多。
首先是共振腔的尺寸和形状。
共振腔的尺寸决定了能够形成的驻波模式，而形状则会影响波的传播路径。
此外，共振腔的边界条件也是一个重要的因素。
边界条件有助于确定在共振腔中可能存在的波模式。
除此之外，还有入射波的频率和相位等因素。
实验方法：要研究矩形共振腔中的驻波现象，实验是必不可少的手段。
常见的实验方法是使用声波或电磁波。
对于声波实验，可以使用一个空腔和一个声源。
通过调整声源的频率，我们可以观察到不同频率下的驻波模式。
对于电磁波实验，我们可以使用一个微波源和一个微波腔，通过调整微波源的频率和腔的尺寸，也能够观察到驻波现象。
应用领域：研究矩形共振腔中的驻波现象不仅仅是为了满足科学好奇心，还有广泛的实际应用。
例如，在声学领域，共振腔被用于制造乐器、扩音器等。
在电磁学领域，共振腔可以用于微波炉、雷达等设备。
此外，共振腔还被广泛应用于光学领域，用于构建激光器、光纤通信等。
结论：矩形共振腔中的驻波现象是一个既有趣又实用的研究领域。
通过对共振腔尺寸、形状、边界条件等因素的研究，我们能够更好地理解驻波的形成机制。
这不仅可以为科学研究提供新的见解，还有助于应用技术的发展与创新。
结尾：科学研究从来都没有止境，对于矩形共振腔中的驻波现象研究也是如此。
通过不断地深入研究和实验探索，我们可以揭示更多有趣的事实，推动科学发展的步伐，为人类社会带来更多的科技进步和创新。
H_(011)谐振腔测盘形介质的问题研究
汪彤
【期刊名称】《微波学报》
【年(卷),期】1993()3
【摘要】本文用传输线理论和数值计算分析研究了在用H_(011)圆柱型腔测介质时由于杂模干扰而引起的异常现象。
提出了用该法测量介质时应注意的问题,及避免杂模干扰的方法。
【总页数】4页(P29-32)
【关键词】空腔谐振腔;测量;介质
【作者】汪彤
【作者单位】华东师范大学微波研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN815
【相关文献】
1.用于铯原子喷泉频率基准的TE011微波谐振腔 [J], 黄秉英;吴长华;干云清;赵晓惠
2.回音壁模式圆盘形微谐振腔的设计及特性研究 [J], 金虎;陆理科;王鹏
3.基于双负介质与负介电常数介质交叠结构的谐振腔研究 [J], 吴群;孟繁义;傅佳辉;李乐伟
4.H_(01n)模谐振腔测量介质复介电常数 [J], 周洪庆;刘敏;陈波;凌志达;杨南如
5.用H_(01)型圆柱谐振腔测量介质材料介电常数的原理及方法 [J], 邵余峰
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
•理论与设计•矩形波导转微波谐振腔同轴天线的仿真设计闫新胜12!赵连敏刘甫坤吴大俊贾华单家芳1!•中国科学院等离子体物理研究所，安徽合肥230031； 2.中国科学技术大学，安徽合肥230026)摘要：矩形波导转谐振腔同轴天线是微波等离子体镀膜系统的重要组件之一。
借助仿真模拟软件，以中心频率915MHz 仿真设计了两种矩形波导同轴天线转换器。
其一是垂直结构，同轴天线与矩形波相交；其二是相切弧结构，同轴天线内导体以相切的弧线向矩形波导过渡。
仿真分析了两种结构的适用范围&分析表明，加销钉的垂直结构在100MHz带宽范围内，反射系数小于一10dB,同轴内导体的直径需不大于波导宽度的1/10；优化后的相切弧结构在100MHz带宽范围内，反射系数小于一10dB同轴内导体直径需不小于波导宽度的1/4&关键词：波导转换；HFSS仿真模拟；反射系数中图分类号:TN812；TN814文献标志码:A文章编号:1002-8935(2019)03-0055-04doi：10.16540/11-2485/tn.2019.03.13Design and Simulation of Rectangular Waveguide toMicrowave Resonant Coaxial AntennasYAN Xin-sheng1'2,ZHAO Lian-min1,LIU Fu-kun1,WU Da-jun1,JIA Hua1,SHAN Jia-fang1(1.Institute of Plasma Physics,Chinese Academy of Sciences,Hefei230031,China；2.University of Science and Technology of China,Hefei230026,China)Abstract：The rectangular waveguide to resonant cavity coaxial antenna is an important component of themicrowaveplasmacoatingsystem.Twokindsofrectangularwaveguidetocoaxialantennaconverters withthecenterfrequencyof915MHzweredesignedandsimulated.Thefirstisaverticalstructure the coaxialantennaintersectsperpendicularly withtherectangular waveguide；whilethesecondisatangent arcstructure the inner conductor of the coaxial antenna transitions to the rectangular waveguide witha tangentarc.Theapplicationscopeofthetwostructureswassimulatedandanalyzed.Theanalysisshows thatthereflectioncoe f icientoftheverticalstructure withthepinislessthan—10dB within100MHz bandwidth whenthediameterofthecoaxialinnerconductorisnotgreaterthanonetenthofthewaveguide width,meanwhile the reflection coefficient of the optimized tangent arc structure is less than—10dB with-n100MHz bandwidth when the coaxial inner conductor diameteris notlessthan a quarter ofthe waveguidewidth.Keywords：Waveguideconversion HFSSsimulation Reflectioncoe f icient在微波系统中,矩形波导和同轴波导是常用的两种传输结构&矩形-同轴波器可现两者的，在微波测试、雷统中都有重要的应用&矩波同线矩-同波转换以及同轴内伸的发线构成&目前多种形式的微波等离子体镀膜设备就是利用这种波导转同轴天线的集成设计来耦合微波能量*1—4+&矩形波同线的设计要：矩波的微波能量有效地向同轴天线转换，传输损耗低,反射系数效率高［5］&1理论基础传统论模型以悬空式波导变换为研究对象,其结构是［6—7+:在矩形波导的宽边开孔，插入同波导的内&内线的作用，矩同轴变换，内导体作为接收天线，激励起同轴波2019-03导中的TEM模式；同轴向矩形变换，内导体作为发线，激励起矩形波的TE10模&结构如图1所示&图中，h是同轴内伸进入矩形波导的；l同内线矩波的距离；为同轴波导的内导体的半径&图1波导变换结构根据R E Collin「8+,由正弦电流近似理论得到线的阻抗实部为：R=役0sin2（"101#tan2（K。
矩形压缩谐振腔内基底对电场影响的仿真模拟刘繁;李国伟;马志斌;汪建华【摘要】The plasma used for microwave plasma chemical vapor deposition diamond in a rectangular resonant cavity has poor stability and uniformity. The Ansoft software is used to simulate the electric field in the rectangular compression resonant cavity and optimize the device. In the simulation, it assumed that all the boundaries were defined as ideal electric conductor in addition to the microwave input port; microwave with plane wave form was got through the rectangular waveguide and coupled to the microwave resonant cavity; The result of electric field distribution in resonant cavity was achieved through the Maxwell' s equations solved by high frequency structure simulator which suited for the model. The electric field distribution in cavity was simulated in different parameters that the substrate radii were 11 mm, 13 mm, 15 mm, 17 mm and the depths of substrate inserted in the reaction cavity were1. 5 mm, 2 mm, 2. 5 mm, 3 mm, 4 mm, respectively. Numerical simulation results show that electric field strength in the compression resonant cavity is about 817 V /m which is almost double compared with that in standard waveguide cavity. The electric field strength inside the cavity is concentrated when the substrate radius is 13 mm and the depth of substrate inserted in the reaction cavity is 2 mm.%针对微波等离子体化学气相沉积金刚石过程中,矩形谐振腔中激发的等离子体稳定性和均匀性差的问题,提出通过用Ansoft软件对矩形压缩谐振腔进行模拟计算来优化设计谐振腔的方法.模拟中,假设除了微波输入端口以外,所有的边界都定义为理想电导体；微波能以平面波的形式,通过矩形波导被耦合到微波谐振腔内；再用高频结构仿真器联合求解满足模型条件的麦克斯韦方程组,得出谐振腔中的电场分布结果.分别模拟了基底深入谐振腔内高度为1.5、2、2.5、3、4 mm和基底半径为11、13、15、17 mm时,腔体内的电场分布.数值模拟结果表明,压缩谐振腔内的最大电场强度为817 V/m左右,较压缩之前的电场强度增高了近一倍,且基底深入谐振腔高度为2 mm,基底半径为13 mm左右时,装置内电场强度较集中.【期刊名称】《武汉工程大学学报》【年(卷),期】2013(035)001【总页数】4页(P51-54)【关键词】谐振腔;高频结构仿真器;基底尺寸;电场模拟【作者】刘繁;李国伟;马志斌;汪建华【作者单位】武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北省等离子体化学与新材料重点实验室,湖北武汉430074;武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北省等离子体化学与新材料重点实验室,湖北武汉430074;武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北省等离子体化学与新材料重点实验室,湖北武汉430074;武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北省等离子体化学与新材料重点实验室,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】O411.30 引言微波等离子体化学气相沉积广泛用于功能薄膜、纳米材料的制备中［1－2］，微波等离子体谐振腔中电场对等离子体的激发与稳定运行有重要的影响［3－4］.谐振腔中，特别是基片附近的电场对沉积过程及材料结构的影响非常重要，有必要对微波谐振腔以及内部的电磁场分布进行研究，从而提高装置的稳定性.本实验采用Ansoft仿真软件［5］对谐振腔内的电场分布进行模拟计算，根据模拟结果对微波等离子体矩形单模谐振腔的结构进行优化设计.同时，归纳出不同基底尺寸情况下电场强度及分布的变化规律，以寻求基底高度及半径的最佳尺寸，从而设计稳定高效且能产生高均匀度微波等离子体的装置.1 谐振腔设计与模型建立本实验装置主要由微波源、波导、反应腔及附属系统和微波调谐系统组成.其中，微波反应器由矩形压缩谐振腔、石英管、短路活塞等部分组成.矩形波导内电磁场分布较规律，目前微波等离子体化学气相沉积矩形单模谐振腔大部分是直接采用的标准矩形波导结构.图1 微波矩形压缩谐振腔等离子体装置结构示意图Fig.1 Schematic view of a microwave plasma device with compression rectangular cavity在常压微波等离子体射流装置的研制过程中，为了更利于等离子体的激发，需要尽可能的增大耦合到谐振腔中的微波电场.可以从设计特殊结构的谐振腔这方面来进行考虑.对于谐振腔的结构，大多数装置都是采用结构单一的规则矩形波导，尽管这种类型的谐振腔有着加工简单、内部电磁场分布较简单的优点，但对谐振腔内的微波电场耦合却不能满足最大化的要求，因此，对谐振腔的结构进行优化设计能提高微波能量的利用率，更有利于微波等离子体的激发.通常采用的压缩谐振腔有阶梯型压缩谐振腔和渐变型压缩谐振腔两种结构，本实验中采用的是呈渐变型压缩这种方式.波导的封闭特性决定了电磁波无法向外部空间进行辐射，而对矩形波导窄边进行压缩可以实现能量集中.图1为实验室研制的矩形压缩谐振腔微波等离子体装置的结构示意图，在矩形谐振腔电场最强的区域，在宽边中心处插入一可上下调节的基底结构，微波等离子体在基底上部被激发.2 理论基础采用标准BJ26的矩形波导，波导管尺寸为86.4mm×43.2mm，波导内部传输模式为TE10模，使用的微波频率为2.45GHz.设计谐振腔部位为渐变型压缩结构，对矩形波导谐振腔的窄边进行压缩.谐振腔内部同样仅有TE10模式存在，为一单模矩形谐振腔.通过求解满足模型条件的麦克斯韦方程组，即可得出其中的电磁场分布［6］.3 仿真分析利用高频电磁场有限元软件高频结构仿真器（HFSS）模拟矩形压缩谐振腔的内部电磁场以及不同基底尺寸下基底附近的电场强度及分布.在模拟时，假设波导为理想导体，并且微波能以平面波的形式通过波导传送到反应腔内进行耦合.3.1 矩形压缩谐振腔内电场模拟图2为矩形压缩谐振腔内微波传输方向的驻波数，其中选取的剖面与矩形波导中波的传输方向平行并经过矩形波导宽边中线.模拟可得，在微波等离子体装置中，如图2所示，矩形压缩谐振腔内有一个半驻波分布，并且最大电场强度为817 V ／m左右，而在图中最左端的半驻波分布可以看到，结构无变化的矩形波导中的最大电场强度约为462V／m.其中在矩形压缩谐振腔处的电场强度要比未经压缩的矩形谐振腔内的电场强度高出一倍大小，等离子体的激发效率将会大大提高.但是在实际操作中会存在一些不可避免的能量损耗，因此实际需要的微波功率要大于计算值.图2 微波传输方向上分布的半驻波数Fig.2 The semi－standing wave on the microwave transmission direction3.2 基底尺寸的设计当谐振腔的结构固定时，基底尺寸以及基底在矩形谐振腔内的位置对是否能激发稳定均匀的等离子体起着至关重要的作用.用Ansoft软件对不同基底尺寸下矩形压缩谐振腔的内部电磁场分布进行计算模拟，在此基础上对基底尺寸与电磁场的强度及分布规律进行归纳，得到激发微波等离子体最佳条件下的基底尺寸.图3为矩形压缩谐振腔内的电场强度随基底高度变化的曲线图.横轴为归一化的径向距离并且所选取的平面位于基片台上方5mm处，从图中可以看出，标有正方体，三角符，竖线，圆，星号的实线分别表示基底深入矩形压缩谐振腔内的高度为1.5，2，2.5，3，4mm.由图可以得出，当基底深入矩形压缩谐振腔内的高度为2mm 时，电场强度相对较高.根据计算模拟，明显可以得知，基底深入矩形压缩谐振腔过长或过短都不利于微波等离子体的激发.图3 基底深入谐振腔不同高度与电场强度分布的关系图Fig.3 Distribution of electric field strength with different height of substrate图4 不同基底半径与电场强度分布的关系图Fig.4 Distribution of electric field strength in different radii of substrate图4为矩形压缩谐振腔内的电场强度随基底半径变化的曲线图.横轴为归一化的径向距离并且所选取的平面位于基片台上方5mm处，从图中可以看出，标有正方体，三角符，叉线，圆的实线分别表示谐振腔内的基底半径为11，13，15，17 mm.由图可以得出，当谐振腔内的基底半径为13 mm时，电场强度相对较高.3.3 谐振腔内电场模拟图5为微波频率为2.45GHz时，矩形压缩谐振腔内的电场分布图，通过颜色的对比可以得出谐振腔内不同位置的电场分布，由此可以看出，矩形压缩谐振腔处的电场强度相对最强.图5 矩形压缩谐振腔内的电场分布图Fig.5 The electric field distribution in thecompression rectangular cavity4 结语本文利用高频结构仿真器软件（HFSS）模拟了一个矩形压缩谐振腔的微波等离子体装置内的电场分布，并根据模拟结果讨论了矩形压缩谐振腔的结构和基底尺寸对电场的影响.结果表明：在选用矩形压缩谐振腔的情况下，基底尺寸的变化对谐振腔内的电磁场强度影响较大，且基底深入谐振腔2mm左右，基底半径为13mm 左右时，更有利于均匀等离子体的激发，这为微波等离子体炬的数字化设计打下了基础.参考文献：［1］Wu Z Y，Xu Y Y，Zhang X L，et al Microwave plasma treated carbon nanotubes and their electrochemical biosensing application［J］.Talanta 2007，72：1336－1341.［2］Koidl P，Klages C P.Optical application of polycrystalline diamond ［J］.Diamond and Related Materials.1992（1）：1065－1074.［3］Zuo S S，Yaran M K，Grotjohn T A.Investi－gation of diamond deposition uniformity and quality for free standing film and substrate applications ［J］.Diamond and Related Materials.2008，17：300－305. ［4］Tachibana T，Ando Y，Watanabe A.Diamond films grown by a 60－kW microwave plasma chemical vapor deposition system ［J］. Diamond and Related Materials.2001（10）：1569－1572.［5］谢拥军，王鹏.Ansoft HFSS基础及应用［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2007.［6］廖承恩.微波技术基础［M］.北京：国防工业出版社，1984.。
基于矩形波导的大气压微波放电等离子体装置的研究进展刘程摘要：大气压微波放电等离子体是放电研究亟待突破的领域，在新材料制备，废弃物等离子体气化处理，都有着巨大的应用潜力。
本文主要对近年来利用矩形波导作为反应腔结构的大气压微波等离子体源装置的研究现状进行综述，并结合实验室的矩形波导谐振腔的研究成果，介绍这些装置在工程项目中的应用方向。
研究表明，利用矩形波导谐振腔结构，能够在数百至数千瓦的微波功率下，产生稳定的大体积等离子体，是一种高效、高性价比的等离子体产生方式。
结论给出，基于矩形波导的微波等离子体装置在相应工业上具有较强的应用价值，是一个值得深入研究的应用方向。
关键词：大气压微波等离子体；矩形波导；工业应用Abstract: The plasma discharge generated by microwave power has always beenan issue of major concern due to industrial reason. This paper focuses on rectangular waveguide resonator generating plasma discharge at atmospheric pressure and reviews the laboratory researches all over the word. Studies have shown that the usage of a rectangular waveguide resonator structure is possible and convenient to generate stable and large volume plasma under several hundreds to several kilowattsof microwave power. Conclusions shows that rectangular waveguide has a strong portential based on the large industrial background, it is a valuable direction which is worthy of further research.Key words：atmospheric microwave plasma; rectangular waveguide; industrial applications0 引言近30年来，微波产生的等离子体因其在元素分析、化学合成、表面改性、净化杀菌等化工领域突出的应用价值，得到了专家学者的广泛关注，并应用到各种工业生产当中[1-5]。
