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1、空间电子技术112SPACEELECTRONICTECHNOLOGY2009年第3期一种同轴腔温漂问题的仿真李军贾宝富(电子科技大学应用物理研究所,成都610054)摘要文章在三维仿真软件HFSS和CST中建立谐振腔模型,给出建模的原理和注意点;详细研究了腔体各尺寸随温度变化对腔体本征频率的影响的正负性及影响大小,得出引起腔体频率变化的主要结构因素;重点分析了调谐螺钉纵向扰动及径向扰动对谐振频率的影响。结合LC谐振电路对结果进行分析,得出减小温漂的措施。并根据仿真结果,对腔体的各个部分合理使用不同材料,使腔体温漂得到补偿。关键词谐振腔
2、温漂软件仿真温度补偿调谐杆以及整个腔体外部尺寸随温度变化对本征频0引言率的影响进行了仿真,并给出对腔体进行温度补偿的方法和建议。随着通信事业的发展,需要大量的接收和传输信道,而这些信道只占据着有限的频带,再加上用相1模型的建立邻的频带进行通信越来越普遍。怎样使空间靠得很近的频带的使用不相互影响并且能有效地利用频在设计中所用的材料,在温度变化的时候会热带,这就要求滤波器具有高的选择性和温度稳定性胀冷缩,其膨胀可分为线膨胀、面膨胀和体膨胀。所来满足通信系统的需要。腔体滤波器,由于带宽比谓线膨胀,是指固体在某一方向上的伸长量随温度较窄(1-5%)、Q值
3、高(大约为几千)、带内损耗小、的增加而增加的现象,遵循膨胀公式:阻带抑制性高、调谐方便、承受功率大等优点而被广l=l(1+t)(1)泛应用于通信系统中。影响腔体滤波器频率稳定度其中l为常温的尺寸,为材料的温度系数,t的一个重要因素就是温漂。为实验温度与常温的差值。做低温实验时,!+∀号由于受材料热膨胀特性的影响,滤波器的滤波变成!-∀号。面膨胀是指表面积的变化,遵循:特性也随温度变化而改变。特别是窄带腔体滤波S=S(1+St)(2)器,这种变化尤为明显。目前最有效的温度补偿方其中S#2。[1,2]法是灵活地使用材料的温度系数,使材料温度体膨胀是指体积
4、的变化,遵循:变化对腔体谐振频率的影响相互抵消。V=V(1+Vt)(3)在实际情况下去研究腔体的温度漂移问题会增其中V#3。加产品的成本,最主要的是实验的周期比较长。文在这里只研究线膨胀就可以了。一些材料的温-6章用CST和HFSS软件去仿真腔体的温漂,以避开度系数见表1,其中ppm为10。以上弊端。主要对同轴腔的调谐螺钉、调谐杆内腔、建立如图1的同轴腔体模型,为了体现温度变化对谐振频率的影响,腔体、调谐杆和调谐螺钉都用收稿日期:2008-01-10;修回日期:2008-02-27温度系数较大的铝材做成。为了比较接近实际加工2009年第3期
5、李军等:一种同轴腔温漂问题的仿真113的情况,将腔体的4个棱边角都做了平滑,且平滑的表1一些常用材料的温度系数r=2mm。其各尺寸如图1所示,D1=2mm,D2=材料名CTE(ppm/∃)备注4mm,D3=6.6mm,a=25.4mm,L1=7mm,L2=殷钢<1.3典型值为0.9ppm/∃8mm,L3=12mm,L4=16mm。钛8.5-6将=2410及t的值带入(1)式即可求得不锈钢41010.2各个尺寸随温度变化后的值。不锈钢31616由于用软件计算本征频率时存在误差,如果温度变化范围较小,则计算误差可能超过温度变化所铜16.8引起的频率差
6、。为了避免这种情况的发生,在仿真铍铜16.7时将温度假设在0~100∃之间变化,然后取平均黄铜18.4值,这样计算出的误差就会比较小。同时,在设置软铝7075T623.4为安全起见,所有铝件求解精度时,在允许的条件下应尽量把精度设置铝606123.6都取24ppm/∃高一点。为了消除导体损耗对谐振频率的影响,在建模时,设置所有的材料都为理想导体。a.侧视图b.俯视图图1在HFSS中建立的模型了fl1=2.821MHz,引起腔体内容积的改变量为232模型的仿真结果及讨论1=!(D1/2)L1=0.052779mm
7、,则B1=3fl1/1=53MHz/mm2.1各个部件及尺寸随温度变化对频率的影响由此种仿真情况可见,调谐螺钉伸入腔体中的下面在CST和HFSS中分别研究调谐螺钉、调长度变长会降低腔体的谐振频率,且频率随温度变谐杆内腔、调谐杆以及外腔体随温度变化对腔体本化,或频率随螺钉长度的变化近似为线性。征频率的影响。B.在模型中只有调谐螺钉的直径D1随温度变对调谐螺钉的仿真:化。A.在模型中只有调谐螺钉长度L1随温度变仿真结果如图2中线2、表2及表3。由在HF化。SS中的仿真结果可见,当温度变化到100∃时,直仿真结果如图2中线1、表2及表3。由在HF径的变化量为
8、D1,频率
