[發(fā)明專利]一種介質(zhì)材料加載微波部件微放電閾值快速確定方法

有效

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• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108920732B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王瑞;李韻;崔萬照;翟永貴;李永東
• 申請（專利權(quán)）人: 西安空間無線電技術(shù)研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

本發(fā)明提出一種介質(zhì)材料加載微波部件微放電閾值快速確定方法，不同于目前采用金屬等效介質(zhì)材料的方法，本發(fā)明考慮了微波部件中帶電粒子碰撞介質(zhì)材料，產(chǎn)生二次電子發(fā)射后的電荷積累效應(yīng)，并對該電荷積累效應(yīng)產(chǎn)生的靜電場進行計算，耦合到粒子推進過程中，能夠計算得到更準確的微放電閾值。同時，獲得精確的電磁場和磁性材料的外加偏置靜磁場，采用少量電子的蒙特卡羅碰撞進行軌跡追蹤，并忽略空間電荷效應(yīng)，實現(xiàn)微放電的快速計算，還能夠開展包括鐵氧體環(huán)行器在內(nèi)的介質(zhì)材料加載微波部件的微放電閾值計算。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種介質(zhì)材料加載微波部件微放電閾值快速確定方法，屬于空間微波部件可靠性研究技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

從基本物理問題來看，介質(zhì)填充微波部件中的微放電過程是電子與介質(zhì)表面碰撞產(chǎn)生二次電子，同時在介質(zhì)表層積累正電荷，二次電子出射后在微波場和表面電荷產(chǎn)生的靜態(tài)場共同作用下倍增運動的過程。與金屬部件相比，介質(zhì)填充部件的分析需要額外考慮介質(zhì)表面的電荷積累以及它所產(chǎn)生的靜態(tài)場。

到目前為止，對于介質(zhì)填充微波部件中微放電問題的研究工作并不多，大多數(shù)研究工作都集中在與之相類似的微波介質(zhì)窗和介質(zhì)填充加速結(jié)構(gòu)方面。微波介質(zhì)窗和介質(zhì)填充加速結(jié)構(gòu)中的場分布與介質(zhì)填充微波部件不同，微波電場與介質(zhì)表面基本上都是平行的。其相關(guān)研究主要集中在工程上如何提高擊穿閾值、介質(zhì)窗的內(nèi)外表面放電的區(qū)別分析、部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化和介質(zhì)表面吸收功率比例分析等方面。

在介質(zhì)材料加載微波部件的研究方面，國外研究人員采用傳統(tǒng)動力學分析方法和單粒子軌跡追蹤法分析了介質(zhì)填充平行板傳輸線中的微放電問題，計算獲得不同介質(zhì)材料相應(yīng)的平板傳輸線中的微放電敏感區(qū)域。2012年，研究人員采用蒙特卡羅方法研究了同軸雙模介質(zhì)諧振腔的微放電，得到其微放電閾值高于平板結(jié)構(gòu)閾值的結(jié)論。由歐空局組織開發(fā)的快速分析軟件在計算介質(zhì)加載微波部件時，將介質(zhì)材料等效為金屬材料，不能準確分析微放電閾值。

總之，在介質(zhì)材料加載微波部件的微放電分析研究方面，不僅公開報道的研究工作較少，而且主要局限于平行平板傳輸線情況。研究方法方面主要為基于傳統(tǒng)動力學的理論分析方法和蒙特卡羅模擬。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種介質(zhì)材料加載微波部件微放電閾值的快速計算方法，解決了介質(zhì)加載微波部件中表面電荷積累導致微放電難以快速計算的問題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種介質(zhì)材料加載微波部件微放電閾值快速確定方法，步驟如下：

(1)建立加載介質(zhì)材料微波部件的電磁仿真模型，獲得微波部件中的外加電磁場分布和邊界條件信息；

具體過程如下：

(1.1)仿真計算得到微波部件內(nèi)的頻域電磁場，導出頻域電磁場的結(jié)果和邊界條件信息，按照直六面體網(wǎng)格形式存儲，并將頻域電磁場信息轉(zhuǎn)換為時域電磁場；

(1.2)依據(jù)步驟(1.1)中導出的直六面體網(wǎng)格各節(jié)點上的電磁場，通過插值獲得微波部件內(nèi)部任意點的電場和磁場；

(2)預設(shè)初始自由電子，將初始電子放到所述時域電磁場中，計算得到微波部件內(nèi)部的每個電子所受的洛倫茲力，根據(jù)初始電子受到的洛倫茲力，得到初始電子的初始速度和初始位置；

(3)根據(jù)第i個初始電子在預設(shè)的時間步長Δt內(nèi)，i＝1,2,3,…,m，m為預設(shè)的初始電子個數(shù)，從初始位置運動到另一個位置的位移判斷該初始電子是否與微波部件內(nèi)表面邊界發(fā)生碰撞，若初始電子在Δt內(nèi)運動的位移大于或等于它的初始位置到邊界的距離，則發(fā)生碰撞，進入步驟(4)；若初始電子在Δt內(nèi)運動的位移小于初始位置到邊界的距離，則沒有發(fā)生碰撞，將該初始電子當前時間步長結(jié)束時的速度和位置保存，進入步驟(8)；

(4)判斷邊界是否為金屬材料邊界，若碰撞邊界為金屬邊界，則進入步驟(5)，若碰撞邊界為介質(zhì)邊界，則進入步驟(6)；