腔體濾波器功率容量分析和應(yīng)用

1、腔體濾波器功率容量分析和應(yīng)用腔體濾波器功率容量分析和應(yīng)用1氣體擊穿現(xiàn)象氣體擊穿現(xiàn)象任何氣體都由原子和分子組成，它們都是中性粒子。而且，由于宇宙射線電離或其他現(xiàn)象（例如光電效應(yīng)），氣體里面都會(huì)存在少量的電子和帶電粒子（離子1）。由于電場(chǎng)作用，氣體中的電子和帶電粒子會(huì)沿電場(chǎng)方向加速運(yùn)動(dòng)，與路徑上的中性粒子或容器邊沿發(fā)生碰撞。其中電子碰撞起主要作用。離子越重，加速越慢，則碰撞機(jī)會(huì)越少，因此碰撞中遠(yuǎn)不及電子賦予的能量。1.1粒子碰撞粒子碰撞根據(jù)

2、空氣動(dòng)力學(xué)經(jīng)典理論（布朗運(yùn)動(dòng)：分子永不停息地做無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。），氣體中的電子、原子、分子、離子可以視為隨機(jī)狀態(tài)下小范圍自由運(yùn)動(dòng)的剛性小球，且這些球之間有相互碰撞。呈現(xiàn)出碰撞的類(lèi)型有兩種：彈性碰撞和非彈性碰撞。1)在彈性碰撞中，電子或離子從原子中彈出，只和原子交換能量，而不改變?cè)拥臓顟B(tài)。轉(zhuǎn)移給靶原子的能量不能激發(fā)靶原子內(nèi)的電子時(shí)，所轉(zhuǎn)移的能量就使靶原子作為整體而反沖。2)非彈性碰撞中，電子的能量足夠高，它們消耗自身的能量改變?cè)觾?nèi)部的狀

3、態(tài)。碰撞后被激發(fā)的原子通常會(huì)很快回到它的基態(tài)能級(jí)，原子得到的能量會(huì)被輻射出來(lái)。如果電場(chǎng)足夠高，一些電子在碰撞中就會(huì)從原子電離出其他電子，產(chǎn)生二次電子和正離子。1.2擴(kuò)散擴(kuò)散在氣體媒質(zhì)中，粒子濃度或速度的梯度會(huì)導(dǎo)致沿梯度降低方向產(chǎn)生粒子流，這個(gè)粒子流稱為擴(kuò)散。在電離氣體中，電子被原子和分子沿外加電場(chǎng)的方向散射，散射的電子被氣體容器表面吸收。這些電子的損失被認(rèn)為是擴(kuò)散作用的結(jié)果。雖然擴(kuò)散的主要因素是電子的自由擴(kuò)散，但擴(kuò)散速率取決于電子濃度、

4、場(chǎng)梯度、電子產(chǎn)生率、幾何特征、尺寸及容器的表面條件等。此外，擴(kuò)散速率還依賴于電子和離子的相互作用。1.3吸附效應(yīng)吸附效應(yīng)電子可能被吸附在氣體的中性粒子上。一旦被吸附，被吸附的電子在離子化過(guò)程中不會(huì)再發(fā)揮任何作用，這是因?yàn)橹行粤Ｗ拥闹亓渴请娮拥?000倍以上。因此，中性粒子的速度比自由電子慢得多，它與失去的電子等價(jià)。必須注意，這里失去的電子和擴(kuò)散過(guò)程中的不一樣，擴(kuò)散過(guò)程的電子運(yùn)動(dòng)是場(chǎng)作用的結(jié)果。不同的氣體條件下，吸附率的變化與氧成分的含量

5、高低有關(guān)。吸附過(guò)程由氣體的原子和分子的特性控制。1離子是指原子由于自身或外界的作用而失去或得到一個(gè)或幾個(gè)電子使其達(dá)到最外層電子數(shù)為8個(gè)或2個(gè)（氦原子）或沒(méi)有電子（四中子）的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。這一過(guò)程稱為電離。電離過(guò)程所需或放出的能量稱為電離能。當(dāng)原子得到一個(gè)或幾個(gè)電子時(shí)，質(zhì)子數(shù)小于核外電子數(shù)，從而帶負(fù)電荷，稱為陰離子。當(dāng)原子失去一個(gè)或幾個(gè)電子時(shí)，質(zhì)子數(shù)大于核外電子數(shù)，從而帶正電荷，稱為陽(yáng)離子。MERGEFMAT(2.2.3)5.25614440

6、1.5aHP????????在高氣壓環(huán)境下，即高于110的大氣壓環(huán)境（76Tr）或更高的情況下，擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度與頻率、擴(kuò)散特征長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，可以表示為MERGEFMAT(2.2.4)??30VpEcmTrp??在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓760Tr的情況下，空氣擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度Ep為MERGEFMAT(2.2.5)3076022.8pEkVcm???可以看出，擊穿門(mén)限電壓遠(yuǎn)小于常用值29kVcm。2.3最大場(chǎng)強(qiáng)的仿真分析最大場(chǎng)強(qiáng)的仿真分析濾波器最大場(chǎng)強(qiáng)的仿真有兩

7、個(gè)途徑：一是通過(guò)濾波器的模型綜合，結(jié)構(gòu)尺寸綜合獲得整個(gè)濾波器的精確尺寸，把濾波器的整個(gè)結(jié)構(gòu)模型放入電磁仿真軟件（HFSS，CST等）去仿真，分析得到內(nèi)部最大場(chǎng)強(qiáng)，HFSS缺省的輸入功率是1瓦，這種分析方法稱作整體模型分析法。該方法直接準(zhǔn)確，對(duì)于小模型的濾波器比較適用，比如單個(gè)諧振腔的濾波器，對(duì)于復(fù)雜的多腔濾波器來(lái)說(shuō)，一方面準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)尺寸模型很難獲得，另一方面HFSS仿真處理能力有限，復(fù)雜模型仿真精度低，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)而得不到精確的結(jié)果，所以

8、該方法通常不使用。二是電路模型等效法，先通過(guò)濾波器的電路模型，分析輸入功率1瓦時(shí)各個(gè)諧振腔的功率（儲(chǔ)能和諧振頻率乘積），再使用電磁仿真軟件分析單個(gè)諧振腔的諧振頻率、儲(chǔ)能和最大場(chǎng)強(qiáng)，對(duì)比最大場(chǎng)強(qiáng)和擊穿場(chǎng)強(qiáng)，得到單個(gè)諧振腔的最大功率。由于使用了等效的濾波器電路模型，以及只仿真了單個(gè)腔的結(jié)構(gòu)模型，所以仿真結(jié)果上存在一定的偏差，通過(guò)后面的分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，這種方法是快捷且行之有效的。單個(gè)諧振腔的最大場(chǎng)強(qiáng)獲取有本征模仿真法和單諧振腔濾波器仿真法，下