一文告訴你如何選擇諧振桿的尺寸使功率容量達(dá)到最佳

隨著行業(yè)的發(fā)展，功率和互調(diào)要求成為越來越多產(chǎn)品的瓶頸，因此，產(chǎn)品的功率和互調(diào)指標(biāo)的好壞越來越成為衡量一個(gè)濾波器設(shè)計(jì)生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)水平的關(guān)鍵參數(shù)。本文主要針對(duì)在一定的單腔尺寸的前提下如何選擇諧振桿的最佳尺寸，使得其功率容量達(dá)到最佳狀態(tài)。

我們首先來分析一個(gè)單腔里面的電場分布及其強(qiáng)弱。眾所周知，一個(gè)諧振單腔內(nèi)的電場主要分布在諧振桿上表面與蓋板、諧振桿內(nèi)壁與調(diào)諧螺桿外表面之間，其他地方的電場很弱。在有功率通過該諧振單腔的時(shí)候，電場最強(qiáng)點(diǎn)是限制該單腔功率容量的關(guān)鍵點(diǎn)， 因此解決功率問題的關(guān)鍵就是想辦法降低電場最強(qiáng)點(diǎn)的電場強(qiáng)度。

現(xiàn)在我們就尋找一般情況下單腔里面的電場最強(qiáng)點(diǎn)在何處？假設(shè)單腔大小為a*b*c，諧振桿外半徑為Rout，內(nèi)半徑為Rin，調(diào)諧螺桿半徑為Rsc，則調(diào)諧螺桿與諧振桿內(nèi)壁之間的距離d1＝Rin-Rsc，諧振桿盤面與蓋板距離為d2。眾所周知，單腔在諧振情況下電場主要分布在兩塊區(qū)域：諧振桿盤面與蓋板之間、諧振桿內(nèi)壁與調(diào)諧螺桿之間，必要時(shí)還需要考慮到諧振桿盤與側(cè)壁之間的電場（單腔較小頻率較低時(shí)） 。由于“木桶”效應(yīng)，單純增加一個(gè)區(qū)域的功率容量（就是降低這個(gè)區(qū)域的電場強(qiáng)度）是不能起到增加單腔功率容量的目的的，要同時(shí)使兩個(gè)區(qū)域的電場強(qiáng)度都比較小，才能使單腔更不容易打火。

首先考慮諧振桿盤面與蓋板之間的電場， 如圖可以看見某個(gè)時(shí)刻諧振桿盤面與蓋板之間的電場分布。

由圖可見，1.當(dāng)頻率較低（低于900M），諧振桿盤較大時(shí)，蓋板上的電場與盤面的電場幾乎一樣；

2.當(dāng)頻率較高（高于1.8G），諧振桿盤面較小時(shí)，盤表面的電場會(huì)比蓋板面上的電場強(qiáng)，兩者的倍數(shù)關(guān)系與諧振桿盤面的大小有關(guān)。

再考慮諧振桿內(nèi)壁與調(diào)諧螺桿之間的電場，下圖表示在某個(gè)時(shí)刻該區(qū)域的電場分布。

由圖可見，縱向上該區(qū)域電力線基本上是平均分布的，但在橫向上，電力線的分布明顯不均勻，越靠近調(diào)諧螺桿表面，電力線越密集，也就是電場越強(qiáng)。在調(diào)諧螺桿表面， 電場最強(qiáng)。 因?yàn)橹C振桿內(nèi)壁的電力線幾乎都中止在調(diào)諧螺桿表面，因此兩者的電場有如下關(guān)系：E 內(nèi)壁（Ein）*S 內(nèi)壁（Sin）＝E 螺桿（Esc）*S螺桿（Ssc），Esc/Ein＝Sin/Ssc＝2*pi*Rin/2*pi*Rsc＝Rin/Rsc。即兩者電場之比為兩半徑之比的倒數(shù)。

從上面的分析可以看出， 兩個(gè)區(qū)域電場最強(qiáng)的點(diǎn)分別在諧振桿上表面和調(diào)諧螺桿表面。 在此我們分析這兩者之間的關(guān)系， 當(dāng)這兩個(gè)電場最強(qiáng)點(diǎn)的電場相等時(shí)，這兩塊區(qū)域就同時(shí)達(dá)到了最大的功率容量，因此該單腔就能達(dá)到最大的功率容量。假設(shè)某個(gè)時(shí)刻諧振桿與蓋板之間的電位差為V，則電場沿諧振桿盤面到蓋板面的線積分和沿著諧振桿內(nèi)表面到螺桿表面的線積分相等，均為V?？紤]兩種情況：

1. 頻率較低，諧振桿盤面較大時(shí)，諧振桿盤面到蓋板間的電場強(qiáng)度為恒定值Eup，則V＝Eup*d2＝（Esc+Ein）/2*d1，Eup*d2＝（Rsc/Rin*Esc+Esc）/2*d1＝Esc*（Rsc+Rin）/（2Rin）*d1兩區(qū)域最大電場相等，則，Eup＝Esc，d2＝（Rsc+Rin）/（2Rin）*d1上式即為該條件下要使單腔功率容量最大所需要滿足的等式。

舉個(gè)例子，諧振桿盤面距離蓋板3mm，調(diào)諧螺桿直徑為4mm，由上面的等式我們可以計(jì)算得到內(nèi)徑的最佳值。

3＝（2+Rin）/（2Rin）*（Rin-2）

得到Rin＝6.6mm（約），即諧振桿內(nèi)徑最佳值為13.2mm。

注：上面各等式均要求在滿足單腔諧振頻率的要求。

2. 頻率較高，諧振桿盤面較小，此時(shí)諧振桿盤面到蓋板間的電場強(qiáng)度不恒定，假設(shè)諧振桿盤面電場為Ecp，蓋板面電場為Etop，我們還是假設(shè)兩電場的平均電場強(qiáng)度為Eup，則Ecp》Eup，而Ecp＝Esc，則此時(shí)需滿足：

d2》（Rsc+Rin）/（2Rin）*d1

因此，在上面的例子中，如果諧振桿盤面很小，則諧振桿內(nèi)徑最佳值應(yīng)為Rin略小于6.6mm。

從上面的分析我們可以得出結(jié)論：

1. 頻率較低，諧振桿盤較大時(shí)，我們要盡量想辦法拉大諧振桿盤與蓋板間的距離，同時(shí)，要盡量滿足以下等式：d2＝（Rsc+Rin）/（2Rin）*d1，否則，調(diào)諧螺桿易打火。

2. 頻率較高時(shí)，我們要盡量把諧振桿的盤加大，盡量使諧振桿盤面上的電場均勻，同時(shí)滿足d2》（Rsc+Rin）/（2Rin）*d1。

3. 同時(shí)，我們也可以根據(jù)等式d2＝（Rsc+Rin）/（2Rin）*d1 分析在極限功率下使諧振桿盤先打火還是螺桿先打火。d2》（Rsc+Rin）/（2Rin）*d1，則為螺桿先打火，d2《（Rsc+Rin）/（2Rin）*d1，則為諧振桿盤面先打火。

4. 如果已經(jīng)出現(xiàn)打火，改進(jìn)功率時(shí)，不能一味的加大諧振桿與蓋板之間的距離，因?yàn)槿绻桓倪M(jìn)諧振桿內(nèi)徑尺寸，調(diào)諧螺桿一樣容易打火。