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)），氣體里面都會存在少量的電子和帶電粒子（離子1）。由于電場作用，氣體中的電子和帶電粒子會沿電場方向加速運動，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，則碰撞機會越少，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、空氣動力學(xué)經(jīng)典理論（布朗運動：分子永不停息地做無規(guī)則的運動。），氣體中的電子、原子、分子、離子可以視為隨機狀態(tài)下小范圍自由運動的剛性小球，且這些球之間有相互碰撞。呈現(xiàn)出碰撞的類型有兩種：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，而不改變原子的狀態(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，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原子內(nèi)部的狀

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

4、場梯度、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程中不會再發(fā)揮任何作用，這是因為中性粒子的重量是電子的2000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。必須注意，這里失去的電子和擴散過程中的不一樣，擴散過程的電子運動是場作用的結(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或幾個電子使其達(dá)到最外層電子數(shù)為8個或2個（氦原子）或沒有電子（四中子）的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。這一過程稱為電離。電離過程所需或放出的能量稱為電離能。當(dāng)原子得到一個或幾個電子時，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)原子失去一個或幾個電子時，質(zhì)子數(shù)大于核外電子數(shù)，從而帶正電荷，稱為陽離子。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，擊穿電場強度與頻率、擴散特征長度無關(guān)，可以表示為MERGEFMAT(2.2.4)??30VpEcmTrp??在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓760Tr的情況下，空氣擊穿電場強度Ep為MERGEFMAT(2.2.5)3076022.8pEkVcm???可以看出，擊穿門限電壓遠(yuǎn)小于常用值29kVcm。2.3最大場強的仿真分析最大場強的仿真分析濾波器最大場強的仿真有兩

7、個途徑：一是通過濾波器的模型綜合，結(jié)構(gòu)尺寸綜合獲得整個濾波器的精確尺寸，把濾波器的整個結(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)部最大場強，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，對于小模型的濾波器比較適用，比如單個諧振腔的濾波器，對于復(fù)雜的多腔濾波器來說，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，花費時間長而得不到精確的結(jié)果，所以

8、該方法通常不使用。二是電路模型等效法，先通過濾波器的電路模型，分析輸入功率1瓦時各個諧振腔的功率（儲能和諧振頻率乘積），再使用電磁仿真軟件分析單個諧振腔的諧振頻率、儲能和最大場強，對比最大場強和擊穿場強，得到單個諧振腔的最大功率。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，通過后面的分析和試驗驗證，這種方法是快捷且行之有效的。單個諧振腔的最大場強獲取有本征模仿真法和單諧振腔濾波器仿真法，下