CN102509843A

CN102509843A - 一种可降低微放电风险的同轴谐振器调谐结构

Info

Publication number: CN102509843A
Application number: CN2011103543608A
Authority: CN
Inventors: 禹旭敏; 汪娟; 唐丹; 李吉斌; 杨军
Original assignee: Xian Institute of Space Radio Technology
Current assignee: Xian Institute of Space Radio Technology
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: CN102509843B

Abstract

本发明公开了一种可降低微放电风险的同轴谐振器调谐结构，包括：端头和底座，所述端头分为被调节端(11)和调节端(12)，所述底座具有中空管(21)，且中空管(21)的外轮廓尺寸与所述被调节端(11)一致。端头和底座同轴套装后安装于同轴谐振器中，构成同轴谐振器的内导体和外导体。采用本发明可以在不拆装同轴谐振器的情况下，对调整谐振器频率进行连续调节，从而使同轴谐振器满足大功率设计的各项要求。

Description

一种可降低微放电风险的同轴谐振器调谐结构

技术领域

本发明属于对微放电阈值有明确要求的微波同轴滤波器和多工器领域，涉及一种可降低微放电风险的同轴谐振器调谐结构。

背景技术

在卫星通信系统中，大功率的滤波器件是不可或缺的无源部件。随着通信卫星事业的迅猛发展和科学技术的不断进步，星上载荷的能力不断增强，提供的可用能源增加，效率提高，发射功率有明显提升。对功率放大部件的滤波部件的真空功率承受能力要求也越高。特别是使用同轴谐振器形式的L，S频段，频率低更容易产生微放电。

上述要求承受真空大功率的同轴形式滤波器和多工器一般位于高功率放大器之后，其功能是将经过高功率放大器放大后的信号提取或合成，去除谐波和杂波后，送往天线馈源系统实现下行发射。其性能的好坏直接影响着系统的整体性能和正常的使用。

在设计生产这类大功率无源产品时，应尽量避免易于造成微放电的电性能或结构设计甚至是组装程序。产生微放电的原因与局部微环境息息相关，涉及到设计与组装的每一个环节，如果发生微放电，就有可能损坏大功率部件，从而导致整个卫星失效。

目前国内、外同轴滤波器的调试机构主要有两种：一种是采用在腔体盖板上方增加调谐螺钉，通过调谐螺钉进入谐振腔体内部的长度来进行调试。这种调试方法会造成调谐螺钉附近电场迅速加大，使局部区域电场快速集中，微放电阈值降低，无法达到预期的真空大功率要求；另一种是采用不同厚度的金属垫片，通过改变谐振杆的长度达到调整频率和保持功率容量的目的。这种方法是离散的调节频率，每次调整需要打开器件盖板，拆掉已经固定还好的谐振杆，换上预期的金属薄片，再重新安装，反复多次直到达到精确的指标要求。整个过程复杂，而且反复拆装，可靠性下降，并且引入了不利于降低微放电风险的微环境污染。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对现有技术的不足，提供了一种可降低微放电风险的同轴谐振器调谐结构，采用本发明可以在不拆装同轴谐振器的情况下，对调整谐振器频率进行连续调节，从而使同轴谐振器满足大功率设计的各项要求。

本发明的技术解决方案是：一种可降低微放电风险的同轴谐振器调谐结构，包括：端头和底座，所述端头分为被调节端和调节端，所述底座具有中空管，且中空管的外轮廓尺寸与所述被调节端一致；

所述端头同轴的套装于中空管内，并利用底座固定于同轴谐振器上，所述被调节端与中空管相接，且与中空管形成同轴谐振器的内导体，所述调节端从中空管的外导体一端伸出，形成同轴谐振器的外导体，用于调节被调节端的长度。

所述被调节端的长度大于同轴谐振器的内导体长度的二分之一。

所述端头和底座采用同种金属材料制造，优选镀银铝、其次为铜。

所述调节端的外侧与所述真空管的内壁具有相互适应的螺纹，可以利用调节端实现对所述内导体长度的连续滑动调节。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明所述的结构与加螺钉调整频率的方案相比较，可以减小由于频率调整对谐振器微放电特性带来的影响。通过实验分析可以看出，本发明比采用调谐螺钉的方法进行频率调谐的效率高近两倍，且在当频率调整范围一致时，本发明的微放电阈值约是调谐螺钉方法的两倍。因此，当需要采用调整频率的方式完成对同轴谐振器的电性能的设计时，采用本发明更好的保证了原有谐振器的微放电特性。

(2)本发明与采用金属垫片的方案相比，可以在只对谐振器装配一次，然后通过对内导体长度的连续调整实现对谐振器的调谐，从而减小了由于反复拆装谐振器而对内部微环境造成的污染。并且在频率调整的效率上，本发明所达到的效果与垫片式的效果一致。

(3)在具体设计方面，本发明中被调节端的长度设计为大于同轴谐振器的内导体长度的二分之一。采用此长度设计使由于端头和底座因为分段可能带来的电场微扰减至较小，更重要的是使被调节端和中空管相接的分段部分远离微放电的敏感区域，不带来额外的微放电风险。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为端头示意图；

图3为基座示意图；

图4为装配图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

本发明提供了一种分段形式的同轴谐振器调谐结构。如图1所示，本结构作为同轴谐振器的内导体，由端头和底座两部分组成，采用同种的金属材料，所述端头如图2，所述底座如图3所示。前述用于制造本发明所述结构的金属材料优选镀银铝、其次为铜。

端头可分为调节端12和被调节端11，底座具有中空管21。端头和底座采用同轴套装的形式沿调节端12伸入中空管21后组合在一起。整个调谐结构通过底座一端的法兰22固定于同轴谐振器上，被调节端11与中空管21相接的一端形成同轴谐振器的内导体；超出中空管21的调节端12形成同轴谐振器的外导体。装配为一体后，被调节端11与中空管21具有相同的外轮廓尺寸，且相对的一端具有相互适应的倒角，利用此倒角可以保证被调节端11的长度在变化时，仍然保证内导体的外轮廓的一致性；调节端12与中空管21的内壁具有相互配合的螺纹，可以通过调整超出中空管21的调节端12实现对内导体长度的连续调整。

对于上述的端头的被调节端11部分，通过对电场强度和磁场强度试验分析，确定其长度要超过整个内导体长度的二分之一。

在电场强度方面，电场集中于同轴谐振器的顶端，离顶部越远电场越弱，微放电的风险越小。在内导体的二分之一处是电场和磁场都相对适中的区域，这个区域内如果出现一些连接不当造成的不连续结构，比如微小缝隙，此处电场强度降低为最大电场强度的1/3附近，根据计算电压积分降至最大点的25.46％，此时微放电阈值功率已减小到最大值的6.48％，即此时缝隙带来的微放电风险小于10％，可以忽略。

在磁场强度方面，磁场集中于同轴谐振器底部。在内导体的二分之一处磁场强度降低至最大磁场强度的70％左右，此处内导体外形出现细小的变形对Q值(品质因数)影响甚微，但是越接近底部，影响会更加明显，更重要的使可能造成产品EMC(电磁兼容特性)环境恶化。所以分段处也不宜据根部太近。

综上所述，在被调节端11和中空管21的分段处大于内导体长度的二分之一是保证原有的功率容量，在此基础上，适当考虑同轴谐振器的Q值，可以根据具体要求设计具体的分段长度。

结合上述的技术方案给出本发明的一种实施例。端头和底座的配合形式类似螺钉和螺母的结构。端头与所述的“螺钉”类似，光面圆柱体的一端为端头的被调节端11，长度大于整个内导体部分的二分之一；另一端为调节端12。与底座的安装完成后，其长度需要超出底座的中空管21并伸出同轴谐振器，以便于对被调节端11进行调节。底座与所述“螺母”类似，在中空管21内有和“螺钉”配合的内螺纹。

上述实施例中的底座采用长方形法兰22以便用于固定，同时内部开有M5细牙螺纹，并采用镀银铝。端头与底座相适应采用镀银铝，且在调节端12部分同样开有M5细牙螺纹。

在安装时，先将端头的调节端12旋进底座的中空管21使其成为一个完整的内导体，再从同轴谐振器腔体的底部对应位置的通孔放入腔内，并在底部外侧底座的法兰22和腔体固定连接。

当谐振频率需要调节的时候，用对位于图4中的调节端12进行旋转，从何可以使整个内导体的长度会相应发生变化，达到调谐频率的作用。

对本实施例和调谐螺钉同时进行试验分析，可以看出，在以2GHz为中心频率时，将本实施例与背景技术中采用调谐螺钉的方案相比较，结果如下表1所示。其中微放电阈值由ESA的计算微放电阈值软件得到。

项目	伸入谐振器长度	频率变化率	微放电阈值(W)	微放电预置变化率
					无频率调谐	0mm	0	3893.8W	0％
分段谐振杆	1mm	5.265％	3153.9W	19.002％
					M4调谐螺钉	3mm	5.463％	1401.8W	63.999％

表1

由表1可以看出本发明实施例的频率调谐效率比调谐螺钉高近两倍。当频率调整范围一致时，微放电阈值是螺钉调整方案的2.25倍。因此，当必须采用调整频率的方式完成对同轴谐振器的电性能的准确设计时，采用本发明较好的保证了原有谐振器的微放电特性。

进一步与背景技术中采用金属垫片的方案相比较。本发明实施由于具有螺纹，因此可对谐振杆进行连续的调节，而采用金属垫片则是离散改变。并且在采用垫片调整频率时，把选好的垫片和整个同轴内导体一起固定在外导体底板上，安装完毕进行调试，根据调试结果判断出更合适的垫片尺寸；拆开谐振器，取下整个同轴内导体，换上更合适的垫片，再将内导体和垫片重新安装，并进行再次调试。如此反复直到电性能满足要求为止。但是，由于垫片为固定厚度，调试中的不足不可避免，因此，反复拆装对大功率器件的微环境污染也是必然，所以采用垫片方式调整频率会在电性能和微环境污染两个方面具有明显的不利影响。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims

1.一种可降低微放电风险的同轴谐振器调谐结构，其特征在于包括：端头和底座，所述端头分为被调节端(11)和调节端(12)，所述底座具有中空管(21)，且中空管(21)的外轮廓尺寸与所述被调节端(11)一致；

所述端头同轴的套装于中空管(21)内，并利用底座固定于同轴谐振器上，所述被调节端(11)与中空管(21)相接，且与中空管(21)形成同轴谐振器的内导体，所述调节端(12)从中空管(21)的外导体一端伸出，形成同轴谐振器的外导体，用于调节被调节端(11)的长度。

2.如权利要求1所述的一种可降低微放电风险的同轴谐振器调谐结构，其特征在于：所述被调节端(11)的长度大于同轴谐振器的内导体长度的二分之一。

3.如权利要求1所述的一种可降低微放电风险的同轴谐振器调谐结构，其特征在于：所述端头和底座采用同种金属材料制造，优选镀银铝、其次为铜。

4.如权利要求1述的一种可降低微放电风险的同轴谐振器调谐结构，其特征在于：所述调节端(12)的外侧与所述真空管(21)的内壁具有相互适应的螺纹，可以利用调节端(12)实现对所述内导体长度的连续滑动调节。