[發明專利]一種大功率環行器及其抗微放電設計方法

有效

• 申請號: 201710465708.8
• 申請日: 2017-06-19
• 公開（公告）號: CN107248605B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 李韻;崔萬照;賀永寧
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: H01P1/383
• 分類號: H01P1/383;H01P11/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

一種大功率環行器，包括金屬腔體(1)、鐵氧體旋磁基片(2)和介質卡槽(3)；金屬腔體(1)包括上蓋、底座，上蓋和底座上鏡面對稱位置有凹槽，上蓋安裝在底座上，上蓋與底座之間形成空腔；鐵氧體旋磁基片(2)位于介質卡槽(3)內；介質卡槽(3)安裝在金屬腔體(1)的空腔中，位于上蓋和底座的凹槽之間，使得鐵氧體旋磁基片(2)貼緊金屬腔體(1)。本發明的方法首先通過初步電性能設計優化將最強場強集中于旋磁基片區域，然后在該區域加載多層同心介質圓環構成介電常數隨空間變化的介質卡槽，然后進一步進行電性能優化與微放電仿真優化，在滿足實際電性能需要的前提下實現微放電電子軌跡阻斷，有效提升微放電閾值功率。

技術領域

本發明涉及一種環行器及其抗微放電設計方法。

背景技術

航天器大功率微波部件的高微放電風險是影響航天器有效載荷長壽命、高可靠性的關鍵性因素，也是大功率應用下衛星最大的單點失效環節。

傳統的微放電抑制方法主要分為兩類：物理抑制方法和化學抑制方法。其中，物理抑制方法主要通過增大微波部件最大電場強度處金屬表面間距實現微放電閾值的提高。對于航天器微波部件而言，由于其體積與質量嚴格受控，通過增加物理尺寸提高微放電閾值的方法存在很大的局限性。同時，通過加大物理尺寸能夠提高微放電閾值的范圍有限，體積增大將給空間應用帶來高昂的代價，在很多應用情況下是不可能實現的途徑。

化學抑制方法主要通過在金屬表面涂覆特殊材料，例如阿洛丁(Alodine)等降低金屬表面二次電子發射產生，最終實現微放電的抑制。該類方法導致損耗的普遍增加，對微波部件電性能影響較大。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種大功率環行器及其抗微放電設計方法，首先通過初步電性能設計優化將最強場強集中于旋磁基片區域，然后在該區域加載多層同心介質圓環構成介電常數隨空間變化的介質卡槽，然后進一步進行電性能優化與微放電仿真優化，在滿足實際性能需要的前提下實現微放電電子軌跡阻斷，有效提升微放電閾值功率。

本發明的技術解決方案是：一種大功率環行器，包括金屬腔體、鐵氧體旋磁基片和介質卡槽；金屬腔體包括上蓋、底座，上蓋和底座上鏡面對稱位置有凹槽，上蓋安裝在底座上，上蓋與底座之間形成空腔；鐵氧體旋磁基片位于介質卡槽內；介質卡槽安裝在金屬腔體的空腔中，位于上蓋和底座的凹槽之間，使得鐵氧體旋磁基片貼緊金屬腔體。

所述金屬腔體底座中部有凸起的金屬匹配臺，介質卡槽安裝在金屬匹配臺上。

所述金屬腔體上蓋與金屬腔體底座上的金屬匹配臺對應位置處有凸起的金屬匹配臺。

所述介質卡槽包括N個同心的介質圓環、介質圓柱，N個介質圓環依次套在介質圓柱外，介質圓環的相對介電常數從最外層到中心逐漸增大，介質圓柱的相對介電常數大于N個介質圓環的相對介電常數；其中，N為正整數。

所述鐵氧體旋磁基片安裝在介質圓環內，位于介質圓柱一端或分別位于介質圓柱兩端，與金屬腔體上蓋或底座貼合。

所述金屬匹配臺中部有用于卡住介質卡槽的圓形的定位凹槽，定位凹槽深度不大于0.5mm。

所述介質卡槽的材料為單晶材料、氮化硼、聚酰亞胺或陶瓷。

一種大功率環行器的抗微放電設計方法，包括步驟如下：

步驟一、給定環行器的中心工作頻率f_r、工作帶寬B_W、各端口隔離度、微放電功率要求P、金屬腔體的材料及金屬腔體的二次電子發射特性參數、鐵氧體旋磁基片的電性能參數及鐵氧體旋磁基片的二次電子發射特性參數；

步驟二、根據步驟一給定的環行器的中心工作頻率f_r、工作帶寬B_W、各端口隔離度和鐵氧體旋磁基片的電性能參數，結合描述電磁場演化的麥克斯韋方程組，獲得環行器的結構尺寸；