[发明专利]一种预测腔体滤波器微放电阈值的方法

说明书

技术领域

本发明涉及空间特殊效应应用领域，尤其涉及一种预测腔体滤波器微放电阈值的数值模拟方法。

背景技术

微放电是真空环境下在微波器件内由于二次电子发射产生的一种空间特殊效应。微放电发生时会带来底噪增高、信号恶化等缺陷，甚至导致微波器件的永久损坏。为了在部件设计之初消除微放电隐患，提高微波部件的可靠性与使用寿命，必须预测微波部件的微放电阈值并加以避免。

尤其对于腔体滤波器而言，由于其电磁场分布复杂，简单的近似等效无法预测其微放电阈值。目前，预测同轴腔体滤波器与多阶脊波导滤波器等复杂结构腔体滤波器的微放电阈值主要通过反复进行微放电实验得到，实验周期长、研制经费高昂，严重阻碍了空间应用腔体滤波器向更大功率容量的发展。

查阅专利数据库与文献，在数据库中分别搜索“Multipactor”、“Multipactor Threshold”、“微放电”和“微放电阈值”，可以发现多篇关于微放电阈值的文章。其中，针对大功率微波部件，业内传统的微放电余量设计与阈值功率预测通常基于欧洲空间局提出的敏感曲线进行(ESA-ESTEC，Space Engineering：Multipacting Design and Test，vol.ECSS-20-01A，ESA Publication Division，the Netherlands，2003.)。该曲线基于无穷大平行平板理想模型与均匀时谐电场变化假设，忽略磁场作用，结合微波部件最窄间距处物理尺寸与工作频点，建立电子在平行平板间运动的解析求解方程并具体求解，通过假设功率增加至电子在最窄间距处运动与金属平板发生碰撞时二次电子产额约等于1时将发生微放电，实现微波部件微放电阈值预测，与本发明方法存在本质不同。同时该方法所作物理近似多，理论模型简单，预测精度有限，不适用于复杂结构、强谐振结构微波部件微放电阈值预测。

其他进行大功率微波部件微放电阈值预测研究的主要研究机构有瑞士的Chalmers理工大学，西班牙Valencia大学，俄罗斯科学院应用物理所(IAP)、通用物理所(IGP)，美国Michigan大学。其中，涉及预测微放电阈值的研究主要有：

Semenov与Sazontov等人提出的’MuLSl’软件，Pérez与Vicente等人基于微波传输线研究的微放电三维数值模拟方法，以及Gusarova与lsaev等人针对非对称射频结构进行微放电数值模拟方法研究，均采用对单个初始电子的运动轨迹进行追踪，并记录每次碰撞的二次电子产额，通过设置大量初始电子并对总的二次电子产额求平均，若平均值大于1则认为发生微放电，该方法与本发明方法理论模型不同，同时该方法存在一定的随机偏差，随着仿真时间的改变与初始电子数的改变，微放电阈值预测值存在一定偏差。

Pérez与Vicente等人基于同轴传输线系统提出了微放电阈值的预测方法，通过记录微波部件中所有电子数目随时间的变化进行微放电判断，该方法与本发明方法存在不同，同时该方法耗费仿真时间长，阈值判断基于研究者经验进行，不能进行自动判断。

Frotanpour与Dadashzadeh等人基于椭圆波导提出的2维微放电数值模拟方法，通过Monte Carlo数值计算方法与有效电子方法进行微放电解析求解，建立单个初始电子的轨迹公式，同样采用对单个初始电子每次碰撞二次电子产额求平均的方式进行微放电阈值判定，与本发明方法存在不同。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种预测腔体滤波器微放电阈值的方法，该方法能够简化腔体滤波器的微放电设计过程，缩短研制周期，大幅度降低研发成本，适合各种腔体滤波器的微放电设计。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种预测腔体滤波器微放电阈值的方法，包括下列步骤：

a.设置输入腔体滤波器的初始电磁信号及其频率f₀、仿真时间T、时间步长t₀、总时间步N_t、输入功率P₀及其功率扫描范围P₁～P₂，P₁≤P₀≤P₂；

b.对腔体滤波器进行三维几何建模，设置腔体滤波器的金属材料与金属材料的二次电子发射理论模型，在腔体滤波器中空部分建立粒子模拟区域，将三维几何模型与粒子模拟区域剖分成多个六面体网格，粒子随机分布在粒子模拟区域；