[發(fā)明專利]一種基于1D3V統(tǒng)計理論建模的微放電閾值預(yù)測方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210778198.0
• 申請日: 2022-06-29
• 公開（公告）號: CN115099074A
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林舒;屈皓;鐘環(huán);翟永貴;李永東;王洪廣;翁明
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G06F30/22
• 分類號: G06F30/22;G06F17/18;G06F111/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 高博

本發(fā)明公開了一種基于1D3V統(tǒng)計理論建模的微放電閾值預(yù)測方法及系統(tǒng)，將微放電過程中電子的運動速度從一維拓展到三維，通過優(yōu)化后的數(shù)值建模減少電子軌跡計算量，根據(jù)材料的SEY參數(shù)模型快速求解對應(yīng)有效二次電子倍增率，考慮了電子運動的角動量對微放電過程的影響。實際工程中，特別是對于同軸結(jié)構(gòu)，器件內(nèi)的彎曲表面會增強電子角動量對微放電建立的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間微波部件特殊效應(yīng)分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于1D3V統(tǒng)計理論建模的微放電閾值預(yù)測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

微放電現(xiàn)象是由微波器件內(nèi)的射頻場加速與器壁表面二次電子凈發(fā)射同步所導(dǎo)致的二次電子雪崩倍增的非線性電磁現(xiàn)象。它在高能加速器、真空電子學(xué)和星載通信等領(lǐng)域的大功率微波器件中隨處可見，并會對微波系統(tǒng)造成信號干擾、性能下降甚至設(shè)備永久性損壞。為確保空間通信系統(tǒng)的耐用性和可靠性，并實現(xiàn)微波器件的性能最大化利用，工程實際中應(yīng)盡可能精確預(yù)測微波器件的微放電閾值。

針對此，相關(guān)研究領(lǐng)域已開展了大量的微放電預(yù)測方法研究，其中微放電統(tǒng)計理論由于其高效率與高精度從而在微放電閾值計算中得到廣泛應(yīng)用。但與其他微放電理論模型相似，現(xiàn)有的統(tǒng)計理論建模仍將微放電擊穿處理為簡單的一維問題，并忽略電子出射角度的隨機(jī)性與電子掠入射對微放電的影響。但在實際的微放電形成過程中，因電子傾斜出射而產(chǎn)生的橫向電子運動最終會導(dǎo)致電子在轟擊器件表面時發(fā)生掠入射，從而產(chǎn)生更多的二次電子發(fā)射。另外，電子出射的隨機(jī)概率也由垂直方向轉(zhuǎn)移到橫向方向上，電子的渡越和加速效果也相應(yīng)受到影響。上述效應(yīng)都會對微放電的形成條件產(chǎn)生明顯影響，前者對具有曲面的同軸傳輸線微放電以及橫向電場與軸向磁場等外加場作用導(dǎo)致電子掠入射增多的微放電情況尤為顯著。

故須提出一種能考慮完整的電子出射隨機(jī)性以及電子傾斜碰撞的1D3V統(tǒng)計理論建模方法，以進(jìn)一步提高統(tǒng)計理論建模的微放電閾值計算精度及適用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于1D3V統(tǒng)計理論建模的微放電閾值預(yù)測方法及系統(tǒng)，基于完整的二次電子出射隨機(jī)性(出射速度與角度)，并考慮電子傾斜碰撞對二次電子發(fā)射產(chǎn)額的影響，能夠準(zhǔn)確預(yù)測平行平板與同軸傳輸線的微放電閾值電壓。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種基于1D3V統(tǒng)計理論建模的微放電閾值預(yù)測方法，包括以下步驟：

S1、采集電壓并確定電壓數(shù)列Н；

S2、遍歷步驟S1得到的電壓數(shù)列Н中各元素，采用聯(lián)合概率密度函數(shù)的1D3V數(shù)值構(gòu)建方法計算不同出射相位下電子以不同的二維速度出射后發(fā)生碰撞的概率權(quán)重及其歸屬序號數(shù)組、以及對應(yīng)的電子碰撞動能與碰撞角度數(shù)組；

S3、將步驟S2得到的電子碰撞動能與碰撞角度數(shù)組同時代入指定材料的二次電子發(fā)射系數(shù)模型中，計算相應(yīng)的瞬時二次電子發(fā)射系數(shù)數(shù)組；

S4、根據(jù)步驟S2得到的概率權(quán)重及歸屬序號數(shù)組計算電子碰撞的G函數(shù)分布，并結(jié)合步驟S3得到的瞬時二次電子發(fā)射系數(shù)數(shù)組計算K函數(shù)分布，確定用于求解有效二次電子倍增率的聯(lián)立方程組，使用聯(lián)立迭代求解法計算電壓數(shù)列Н中各元素對應(yīng)的微放電有效二次電子倍增率σ_eff；

S5、搜索滿足條件σ_eff(V_j)≤1與σ_eff(V_j+1)≥1的電壓區(qū)間[V_j,V_j+1]，在電壓區(qū)間[V_j,V_j+1]內(nèi)使用二分法確定步驟S4得到的微放電有效二次電子倍增率σ_eff＝1時對應(yīng)的微放電電壓閾值，完成微放電閾值預(yù)測。