[发明专利]一种基于1D3V统计理论建模的微放电阈值预测方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于1D3V统计理论建模的微放电阈值预测方法及系统，将微放电过程中电子的运动速度从一维拓展到三维，通过优化后的数值建模减少电子轨迹计算量，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，考虑了电子运动的角动量对微放电过程的影响。实际工程中，特别是对于同轴结构，器件内的弯曲表面会增强电子角动量对微放电建立的影响。

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1D3V统计理论建模的微放电阈值预测方法及系统。

背景技术

微放电现象是由微波器件内的射频场加速与器壁表面二次电子净发射同步所导致的二次电子雪崩倍增的非线性电磁现象。它在高能加速器、真空电子学和星载通信等领域的大功率微波器件中随处可见，并会对微波系统造成信号干扰、性能下降甚至设备永久性损坏。为确保空间通信系统的耐用性和可靠性，并实现微波器件的性能最大化利用，工程实际中应尽可能精确预测微波器件的微放电阈值。

针对此，相关研究领域已开展了大量的微放电预测方法研究，其中微放电统计理论由于其高效率与高精度从而在微放电阈值计算中得到广泛应用。但与其他微放电理论模型相似，现有的统计理论建模仍将微放电击穿处理为简单的一维问题，并忽略电子出射角度的随机性与电子掠入射对微放电的影响。但在实际的微放电形成过程中，因电子倾斜出射而产生的横向电子运动最终会导致电子在轰击器件表面时发生掠入射，从而产生更多的二次电子发射。另外，电子出射的随机概率也由垂直方向转移到横向方向上，电子的渡越和加速效果也相应受到影响。上述效应都会对微放电的形成条件产生明显影响，前者对具有曲面的同轴传输线微放电以及横向电场与轴向磁场等外加场作用导致电子掠入射增多的微放电情况尤为显著。

故须提出一种能考虑完整的电子出射随机性以及电子倾斜碰撞的1D3V统计理论建模方法，以进一步提高统计理论建模的微放电阈值计算精度及适用范围。

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1D3V统计理论建模的微放电阈值预测方法及系统，基于完整的二次电子出射随机性(出射速度与角度)，并考虑电子倾斜碰撞对二次电子发射产额的影响，能够准确预测平行平板与同轴传输线的微放电阈值电压。

本发明采用以下技术方案：

一种基于1D3V统计理论建模的微放电阈值预测方法，包括以下步骤：

S1、采集电压并确定电压数列Н；

S2、遍历步骤S1得到的电压数列Н中各元素，采用联合概率密度函数的1D3V数值构建方法计算不同出射相位下电子以不同的二维速度出射后发生碰撞的概率权重及其归属序号数组、以及对应的电子碰撞动能与碰撞角度数组；

S3、将步骤S2得到的电子碰撞动能与碰撞角度数组同时代入指定材料的二次电子发射系数模型中，计算相应的瞬时二次电子发射系数数组；

S4、根据步骤S2得到的概率权重及归属序号数组计算电子碰撞的G函数分布，并结合步骤S3得到的瞬时二次电子发射系数数组计算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，使用联立迭代求解法计算电压数列Н中各元素对应的微放电有效二次电子倍增率σ_eff；

S5、搜索满足条件σ_eff(V_j)≤1与σ_eff(V_j+1)≥1的电压区间[V_j,V_j+1]，在电压区间[V_j,V_j+1]内使用二分法确定步骤S4得到的微放电有效二次电子倍增率σ_eff＝1时对应的微放电电压阈值，完成微放电阈值预测。