[發明專利]基于負離子解吸附過程的高功率微波電子密度分析方法

有效

• 申請號: 201811523385.4
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109902331B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 余道杰;周長林;賀凱;張德偉;魏進進;柴夢娟;劉懷興;蔡北兵;趙銅城;程俊平
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰略支援部隊信息工程大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于負離子解吸附過程的高功率微波電子密度分析方法。本發明在全局模型的基礎上，引入負離子解吸附過程，建立了重頻脈沖弛豫過程模型，分析自由電子附著、復合以及解吸附過程對重頻HPM大氣擊穿弛豫過程的影響。本發明描述了負離子與高功率微波脈沖作用過程，為建立高功率微波大氣擊穿電子弛豫過程提供了基礎；本發明在全局模型的基礎上引入了大氣負離子解吸附過程，能夠求解電子密度等物理量隨HPM脈沖作用時間規律，客觀地揭示了HPM大氣擊穿物理機理；本發明建立的基于負離子解吸附過程的高功率微波電子密度分析方法，給出了重頻HPM脈沖持續時間和脈沖間隔電子密度的變化規律，解決了電子弛豫成分多樣性和作用過程復雜性分析難題。

技術領域

本發明涉及高功率微波(High Power Microwave，HPM)大氣傳輸和大氣擊穿技術領域，具體涉及基于全局模型引入負離子解吸附過程的高功率微波電子密度分析方法。

背景技術

近年來，隨著電子設備的普及化，軍事領域中的電子設備大范圍使用，電磁信息安全問題日益突出，電磁信息泄露、電子設備功能安全越來越受到各個國家的重視，而針對電子設備的損壞與保護、電磁信息的獲取與防護將是現代軍事斗爭的重中之重。由脈沖功率技術、電真空技術和等離子體物理技術衍生而來的高功率微波技術以其在電磁信息安全與控制方面獨特的優勢受到世界各國的廣泛關注和深入研究。

HPM技術包括HPM產生技術、HPM效應和HPM大氣傳輸技術，其中HPM產生技術是研究如何產生高功率微波并高效輻射到大氣空間中的技術，是高功率微波技術試驗與理論研究的核心；HPM效應和HPM大氣傳輸是研究HPM在傳輸過程中與大氣的相互作用及受外界環境的影響的技術。HPM大氣擊穿所導致的“尾蝕效應”是限制HPM系統能量閾值、威脅高功率微波源系統安全和影響對目標效應物作用效能的關鍵因素。其中，HPM大氣擊穿電子弛豫微觀粒子相互作用與物理過程描述是一個基本理論問題，HPM大氣電離涉及的粒子超過300多種，粒子間相互作用復雜，包含重頻HPM脈沖持續時間和脈沖間隔下的電離、碰撞、附著、解吸附等物理過程，如何有效描述電子弛豫微觀粒子相互作用與物理過程具有巨大的挑戰性。

發明內容

為了解決上述關鍵技術難題，本發明提出了基于負離子解吸附過程的高功率微波電子密度分析方法；本發明在全局模型的基礎上，引入負離子解吸附過程，建立了重頻脈沖弛豫過程模型，分析自由電子附著、復合以及解吸附過程對重頻HPM大氣擊穿弛豫過程的影響。

本發明的基于負離子解吸附過程的高功率微波電子密度分析方法，包括以下步驟：

1)依照全局模型分析脈沖作用階段電子及負離子密度變化：

在HPM脈沖作用階段，大氣中的自由電子被HPM強電場加速，與中性粒子碰撞，發生電離，產生的新的自由電子同樣能引發電離作用，進而發生雪崩擊穿。其中，重頻HPM頻率為f_s，電場強度為E_s，脈寬為τ，重頻為f_p。另一方面，自由電子與中性粒子發生碰撞，附著于中性粒子上，生成K種負離子。考慮自由電子密度為n_e，第k(k＝1，2，...，K)種負離子的密度為根據電子密度連續性方程和負離子密度連續性方程求解脈沖作用階段電子及負離子密度變化。初始自由電子密度為n_e0，第k(k＝1，2，...，K)種負離子的初始密度為

2)引入負離子解吸附過程分析弛豫階段電子及負離子密度變化：

重頻HPM脈沖弛豫階段空間不存在電場，電離作用不再發生，此時附著作用對粒子密度變化起主導作用；在庫侖力的作用下，粒子發生復合作用，即電子與正離子、負離子與正離子復合產生中性粒子；另一方面，由于脈沖作用階段產生了大量負離子，弛豫階段負離子與中性粒子發生碰撞，能夠重新產生電子。脈沖作用結束時刻，自由電子密度為n_e1，第k(k＝1，2，...，K)種負離子的密度為根據電子密度連續性方程和負離子密度連續性方程求解脈沖弛豫階段電子及負離子密度變化，能夠更準確地描述重頻HPM大氣擊穿的粒子間作用機理及微觀過程。