[发明专利]一种快速确定部件微放电阈值的时域数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种快速确定部件微放电阈值的时域数值模拟方法，包括：建立描述部件最小尺寸结构的三维几何模型，并将所述三维几何模型剖分成多个六面体网格；确定三维几何模型的边界和材料属性，以及材料的二次电子发射特性参数；采用宏粒子模拟空间中的自由电子，定义宏粒子的初始能量、电荷量、质量、初始分布状态和初始运动方向；建立宏粒子链表，并进行宏粒子链表初始化；基于三维几何模型、三维几何模型的边界和材料属性、材料的二次电子发射特性参数、以及宏粒子链表，从微放电阈值扫描功率起始值Psubgt;0/subgt;开始，进行微放电阈值数值模拟。通过本发明提高了微放电数值模拟的仿真效率。

技术领域

本发明属于星载微波部件技术领域，尤其涉及一种快速确定部件微放电阈值的时域数值模拟方法。

背景技术

航天器大功率微波部件的高微放电风险是影响航天器有效载荷长寿命、高可靠性的关键性因素，也是大功率应用下卫星最大的单点失效环节。对于大功率微波部件微放电设计而言，有效的数值模拟和阈值分析是进行地面验证的关键步骤，能够避免由于实验和反复更改设计带来的研制周期过长、甚至于无法获得最大工作功率可靠性设计的问题。

基于全波电磁计算和粒子轨迹推进实现的微放电三维数值模拟技术是目前国际上最先进的微放电分析技术，是微放电机理验证的关键技术，是微放电抑制技术优化克服无法穷举实验参数的必要手段，更是航天器大功率微波部件设计的必需工具。

对复杂微波部件，如何提高航天器大功率微波器件微放电效应数值模拟速度，缩减实际微波器件微放电阈值预测时间，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种快速确定部件微放电阈值的时域数值模拟方法，以提高微放电数值模拟仿真效率。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种快速确定部件微放电阈值的时域数值模拟方法，包括：

建立描述部件最小尺寸结构的三维几何模型，并将所述三维几何模型剖分成多个六面体网格；

确定三维几何模型的边界和材料属性，以及材料的二次电子发射特性参数；

采用宏粒子模拟空间中的自由电子，定义宏粒子的初始能量、电荷量、质量、初始分布状态和初始运动方向；建立宏粒子链表，并进行宏粒子链表初始化；

基于三维几何模型、三维几何模型的边界和材料属性、材料的二次电子发射特性参数、以及宏粒子链表，从微放电阈值扫描功率起始值P₀开始，进行微放电阈值数值模拟。

在上述快速确定部件微放电阈值的时域数值模拟方法中，材料属性，包括：介电常数ε_r，磁导率μ_r和电导率σ。

在上述快速确定部件微放电阈值的时域数值模拟方法中，二次电子发射特性参数，包括：二次电子发射系数δ_se、δ_se对应的入射电子能量值E_m、二次电子发射系数为1时对应的入射电子能量值E₁和E₂。

在上述快速确定部件微放电阈值的时域数值模拟方法中，宏粒子链表中记录有：每个宏粒子的运动速度矢量与位移矢量。

在上述快速确定部件微放电阈值的时域数值模拟方法中，宏粒子链表初始化，包括：确定宏粒子的初始位移矢量随机分布在微放电数值模拟区域，初始运动速度为零；确定所有六面体网格中总的宏粒子数目初始值为N₀。