[发明专利]一种双面介质加载微波部件微放电研究的方法

说明书

本发明基于Matlab软件建立了一个双面介质加载微波部件的模型，采用傅里叶变换方法及数值分析方法求解双面介质加载微波部件中静电场的分布，通过建立Monte Carlo模型来模拟微放电过程，并以此深入研究双面介质加载微波部件的微放电机制。本发明为降低微波部件击穿风险、进一步提高大功率卫星载荷部件的传输功率和工作稳定性提供理论指导和实验基础，具有重要的学术价值和现实意义。

技术领域

本发明涉及一种双面介质加载微波部件微放电研究的方法，属于大功率微波部件微放电领域。

背景技术

在卫星通信系统中，介质加载微波部件的微放电现象严重影响大功率载荷的工作稳定性。空间介质微波部件多为双面介质加载结构，双介质层表面电荷积聚产生的静电场增加了微放电过程的复杂性。

在宇航器部件研究领域，卫星系统大功率组件的二次电子倍增效应又称为微放电效应，微放电会直接影响卫星使用的成败。例如，卫星载荷系统传输线(如矩形波导、圆波导、同轴波导等)、滤波器、定向耦合器等部件内的微放电会导致功率组件驻波比增大，系统噪声增加，从而引起信号无源交调；材料表面释放的气体会诱发较强气体电离击穿，最终导致部件永久性失效，严重影响真空系统工作的稳定性。

大功率介质加载微波部件(如环流器、隔离器等)具有高Q值、低损耗、易小型化等优点，因此在空间微波系统中的使用比例逐渐增多。然而，在介质加载的微波部件中，介质表面的微放电会导致部件性能降低，甚至使功能失效。

本发明采用傅里叶变换方法及数值分析方法求解双面介质加载微波部件中静电场的分布，通过建立Monte Carlo模型来模拟微放电过程，并以此深入研究双面介质加载微波部件的微放电机制。本发明为降低微波部件击穿风险、进一步提高大功率卫星载荷部件的传输功率和工作稳定性提供理论指导和实验基础，具有重要的学术价值和现实意义。

发明内容

本发明的技术解决问题是：在现有技术的基础上，提供了一种双面介质加载微波部件微放电研究的方法，考虑了每个时间步下由两个介质面电荷积累形成的静电场的作用，介质表面的电荷非均匀分布，所形成的静电场同样非均匀分布，然后建立Monte Carlo模型来模拟微放电过程，并以此深入研究双面介质加载微波部件的微放电机制。

本发明的技术解决方案是：一种双面介质加载微波部件微放电研究的方法，步骤如下：

步骤一：本发明是基于Matlab软件进行的仿真，在模拟微放电之前，利用Matlab软件建立物理模型，设置边界条件；

步骤二：在模型中设置一个余弦变化的射频电场，对射频电场设置不同的数值对应微放电不同的阶数；

步骤三：在前1000个时间步内，每个时间步分别从两个介质表面的随机位置添加1个初始电子，初始电子的能量服从麦克斯韦-波尔茨曼分布，初始电子的发射角度满足正弦分布；

步骤四：初始电子在射频电场的作用下与两个介质面发生碰撞，从介质表面激发出新的二次电子并在介质表面积累相应的电荷，这些电荷会形成一个静电场影响电子的运动，静电场通过数值的方法进行求解；

步骤五：在射频电场和静电场的共同作用下，微放电达到饱和。

其中步骤四通过下述方法实现：

(Ⅰ)将介质表面划分为长度相等的100个网格，每个网格对应一个位置尺寸(例如网格0.01mm～0.02mm的位置尺寸为0.02mm)，电子与介质面发生碰撞并在对应的网格内积累相应的电荷；

(Ⅱ)将两个极板间的间隔划分为长度相等的100个网格，每个网格对应一个位置尺寸；(Ⅲ)当统计每个网格内积累的电荷数目后，利用格林函数和傅里叶变换的方法对空间任意位置的电势进行求解，其中Q_i是每个网格内积累电荷的数目；

(Ⅳ)当求解出电势后，可以求解出静电场为