介質(zhì)加載諧振腔有限元分析法及其應(yīng)用.pdf

1、金屬諧振腔的諧振特性和場分布可由麥克斯韋方程組結(jié)合邊界條件求解，知道腔體內(nèi)的場分布對于更好的了解和控制各種諧振裝置是非常重要的。比如粒子加速器、微波諧振濾波器等。但是，實(shí)際中僅僅對于一些簡單幾何形狀的諧振腔可以得到準(zhǔn)確的本征值和場分布，比如矩形諧振腔、圓柱諧振腔等。對于任意幾何形狀的腔體或介質(zhì)加載腔體來說，只有借助于數(shù)值方法來分析了。 有限元法特別適合于解決復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)和非均勻媒質(zhì)的電磁問題。在電磁學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，有限元法己廣泛用于解

2、決輻射、散射、波導(dǎo)傳輸及諧振腔等問題。本文利用有限元分析法，編程實(shí)現(xiàn)了對任意形狀介質(zhì)加載諧振腔諧振特性的計算。并將其拓展應(yīng)用于測量加載介質(zhì)的介電常數(shù)，提出了介質(zhì)加載諧振腔有限元分析法測量介質(zhì)介電常數(shù)的新方法。最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的正確性。 該方法測量介質(zhì)介電常數(shù)的原理是：首先通過實(shí)驗(yàn)的方法可以測得介質(zhì)加載前后諧振腔的諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)。然后采用有限元分析的方法來分析介質(zhì)加載諧振腔，并得到待求廣義特征方程Ax=k20Bx，其中

3、B中含有未知數(shù)ε'r。由實(shí)驗(yàn)所測得的介質(zhì)加載后的諧振頻率可計算出諧振時的波數(shù)k0，這樣就可以通過優(yōu)化ε;r的方法來尋找滿足諧振頻率的ε'r0，從而可以測得介質(zhì)的介電常數(shù)。介質(zhì)的損耗角正切也可以通過介質(zhì)加載前后的品質(zhì)因數(shù)的變化來求得。 實(shí)驗(yàn)中，對同種材料在不同尺寸情況下進(jìn)行了測量，證明了測量方法的正確性和良好的重復(fù)性。并且對等離子體在均勻情況和軸向均勻而徑向具有高斯分布情況進(jìn)行了計算，取得了滿意的計算結(jié)果。 論文對介質(zhì)加載