[发明专利]一种基于轨迹数据预存的微放电敏感区域绘制方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于轨迹数据预存的微放电敏感区域绘制方法及系统，采用微放电稳态统计理论建模，通过优化后的数值建模避免电子轨迹的重复计算，并对电子轨迹数据预存。后读取预存数据，根据材料的SEY参数模型快速求解对应有效二次电子倍增率，大幅度减少了微放电敏感区域的耗时问题。与现有技术相比，为工程中对比不同材料的微放电敏感区域或评估材料SEY抑制工艺对微放电敏感区域的影响提供了极大便利。

技术领域

本发明属于空间微波部件特殊效应分析技术领域，具体涉及一种基于轨迹数据预存的微放电敏感区域绘制方法及系统。

背景技术

微放电现象因会引发信号恶化、功率衰减，甚至造成器件的永久性损害,故在高功率微波、高能加速器、空间微波通信等领域得到广泛关注，而保证空间微波器件工作在其微放电阈值以下是规避微放电风险的有效方法。为避免因过度电压余量而导致的微波器件性能损失，工程实际中应尽可能精确预测微波器件的微放电阈值。微放电的统计理论模型是通过统计学方法描述微放电过程中电子出射随机性的模型，其采用概率百分比的方式描述具有相似运动行为的电子数目变化趋势，所以能够充分考虑微放电过程中电子渡越行为的随机性，从而获得较高的微放电阈值计算精度。

微放电敏感区域图绘制的是各阶模式的微放电敏感曲线，图中以微波频率和器件间隙的乘积fd为横轴、微波场等效电压V_rf为纵轴，并以色度表示微放电发生区域内的微放电程度。可直观反映给定频率范围内微波器件发生微放电的情况，并能由其快速得到不同频率间距乘积条件下的微放电阈值，而这对于实际工程中“免微放电”微波部件的结构设计有着重要的指导意义。鉴于微放电统计理论建模中电子渡越概率分析与瞬时SEY计算的相互独立性，同时其计算成本主要集中于电子渡越概率分析时采用数值方法求解电子运动轨迹，而实际的统计理论建模过程需要的只是电子最终发生碰撞的渡越时间与碰撞动能等信息。因此，求解不同材料SEY情况下任意微波器件结构双边微放电(平行平板或同轴结构)的敏感区域时，可以按照上述方法重复利用预先求解得到的电子渡越时间与碰撞动能等轨迹信息，故需提出一种基于统计理论建模与预存轨迹数据的方法来节约微放电敏感区域的计算时间，以便在工程应用中快速对比具有不同SEY分布材料的微放电阈值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于轨迹数据预存的微放电敏感区域绘制方法及系统，基于微放电稳态统计理论建模，采用优化的联合概率密度函数数值求解流程，通过电子轨迹数据的预存与复用，并结合不同材料的SEY参数模型快速求解对应的有效二次电子倍增率，避免绘制不同材料的微放电敏感区域时电子运动轨迹的重复求解，由此大幅减少其计算耗时，解决工程中对比分析不同材料微放电敏感区域时存在的效率问题。

本发明采用以下技术方案：

一种基于轨迹数据预存的微放电敏感区域绘制方法，包括以下步骤：

S1、对敏感区域进行网格剖分与索引，构建敏感区域参数矩阵S及其数据索引方式；

S2、遍历步骤S1构建的敏感区域参数矩阵S中各元素，确定不同出射相位下的概率权重、归属序号与碰撞动能数据，根据步骤S1确定的数据索引方式进行存储；

S3、读取步骤S2存储的数据并结合SEY模型计算对应于碰撞动能的瞬时SEY值；

S4、基于步骤S3得到的瞬时SEY值计算K函数分布，确定用于求解有效二次电子倍增率的联立方程组；

S5、基于步骤S4得到的联立方程组，使用联立迭代求解法计算参数矩阵S中各元素对应的微放电有效二次电子倍增率σ_eff，以微放电有效二次电子倍增率σ_eff为色度绘制微放电敏感区域。

具体的，步骤S1中，对敏感区域网格进行剖分与索引具体为：