微波器件微放電閾值功率自適應(yīng)掃描方法

中船重工集團第七二三研究所 孫 京

本文采用粒子功率模擬分析軟件首先計算出以單位粒子功率下載在微波粒子部件運動中的粒子電磁場能量分布，接著我們利用跳躍蛙跳的方法首先求解微波粒子高速運動時的軌跡，然后根據(jù)結(jié)合其第二次電子微波發(fā)射物理模型進行確定計算出可發(fā)射出的粒子能量數(shù)目。在微放電數(shù)目模擬處理過程中對各個粒子能量數(shù)目變化曲線數(shù)據(jù)進行閾值分析，建立微粒子放電模擬閾的數(shù)值二分判據(jù)計算方法，根據(jù)閾值二分法自動改變初始輸入輸出功率值并使得各個粒子數(shù)目模擬處理軟件在達到給定初始輸入功率后自動分別給出給定微放電模擬閾的數(shù)值。

以同軸微波驅(qū)動階梯腔體阻抗微波變換器與新型同軸微波腔體阻抗濾波器為主要研究實驗對象，采用該計算方法分別進行計算其微波充放電功率閾值并與相關(guān)實驗結(jié)果結(jié)合進行分析對比，結(jié)果表明，該計算方法結(jié)論具有較高準(zhǔn)確性。

1 模型

微放大充電閾值輸出功率自動相適應(yīng)重復(fù)掃描用該方法的主要技術(shù)思想概述如下：通過多次重復(fù)掃描利用某一輸入功率下的多個射頻微放電磁場，以及用二分法掃描方式通過改變不同輸入輸出功率分別值來模擬不同輸入功率下的微擴大放電及其過程根據(jù)輸出閾值功率判據(jù)用該方法可以獲得不同器件的射頻微放大充電閾率峰值輸出功率。

仿真過程主要內(nèi)容包括二次電磁場功率推進（頻域內(nèi)的電磁場功率轉(zhuǎn)換方式為特定時域內(nèi)的電磁場）、粒子運動推進（通過求解牛頓洛倫茲方程獲得微波粒子快速運動時的軌跡）以及粒子邊界發(fā)射處理（采用二次電子微波發(fā)射物理模型），最后，根據(jù)采用閾值二分判斷計算方法自動判斷輸出二次微放電閾量數(shù)值在二次模擬仿真過程中每隔v至v個月的微波放電周期對輸入粒子能量數(shù)目分別進行一次數(shù)據(jù)分析擬真組合并自動判斷粒子是否及時發(fā)生微微波放電，如果及時發(fā)生微微波放電（或未及時發(fā)生），則自動停止該輸入功率下的微微波放電模擬過程進行模擬，同時以數(shù)值二分法計算方式再次進行輸入功率二次修正，并以二次修改后的輸入功率數(shù)值作為初始輸入輸出功率不再進行二次微放電模擬過程進行模擬，否則不再繼續(xù)當(dāng)前輸入功率下的微微波放電模擬過程進行模擬。如此不斷反復(fù)循環(huán)，直至兩次放電模擬的輸出功率相對誤差可以滿足系統(tǒng)設(shè)置輸出精度值的要求，輸出達到微放電閾值。

1.1 電磁場計算

原有的軟件在進行模擬微電子放電計算過程時實時自動更新模擬電磁場，即模擬電子磁場運動與模擬電磁場結(jié)合計算間相互進行耦合，時間線的步長不會受到在穩(wěn)定環(huán)境條件下的限制，而在模擬微放電過程演變初期，自洽場對系統(tǒng)計算微電子放電過程讀取數(shù)值時的影響較小因故可忽略不計，基于這一設(shè)計思想，將通過求解后的電磁場計算模塊與模擬電子運動軌跡結(jié)合計算對兩模塊之間的過去進行耦合，這無疑就是可以有效節(jié)省大量系統(tǒng)計算工作量，提高系統(tǒng)計算工作效率。本文主要采用軟件分析計算了在微波輻射器件應(yīng)用中的時域電磁場頻率分布，目前證明該軟件僅僅具有對于輸出頻域場以及其在單位時間周期內(nèi)的輸入時域內(nèi)部電磁場的計算功能，考慮到輸入時域內(nèi)的電磁場在存儲以及用于讀取時域的計算機用量非常大而且需要消耗大量使用計算機中的內(nèi)存，本文通過選取頻域內(nèi)的電磁場進行計算實驗結(jié)果，在使用粒子輻射推進器的過程中將其進行轉(zhuǎn)換而成為輸出時域內(nèi)的電磁場。

1.2 閾值判據(jù)

依據(jù)求解平均值的二次電子能量發(fā)射數(shù)目系數(shù)，前者主要目的是通過觀察二次粒子發(fā)射數(shù)目測量曲線閾值是否已經(jīng)呈當(dāng)前指數(shù)變化趨勢，若當(dāng)前指數(shù)變化因子閾值大于1，則可以表明當(dāng)前粒子功率已經(jīng)大于當(dāng)前閾值中的功率，發(fā)生微能量放電。若微波呈現(xiàn)小指數(shù)功率衰減，則可能為不良微放電；后者主要目的是通過依據(jù)平均值的二次電子微波發(fā)射功率系數(shù)讀值是否已經(jīng)大于1來幫助判斷二次微放電現(xiàn)象是否正常發(fā)生，若系數(shù)大于1，則可能說明該發(fā)射功率已經(jīng)大于當(dāng)前讀值發(fā)射功率，否則，當(dāng)前讀值功率可能過小。本文基于第一種確定讀值參數(shù)判斷計算方法，通過對讀值數(shù)據(jù)與模擬數(shù)組合后的確定讀值指數(shù)進行因子掃描實現(xiàn)小型微放大器電讀值自動相適應(yīng)因子掃描參數(shù)計算。

在綜合數(shù)據(jù)表征擬算綜合計算過程中，通常都會采用R（表征確定綜合系數(shù)）作為表征確定數(shù)據(jù)值以擬算綜合過程效果的確定好壞。在開始定義該測量參數(shù)之前，需要分別介紹另外三個擬合物理測量參數(shù)SSR、SET以及SSRS，其中，SSRS則代表計算預(yù)測擬合數(shù)據(jù)與原始擬合數(shù)據(jù)預(yù)測均值之差的兩個平方和。

2 模型驗證

應(yīng)用上述計算方法分別進行計算兩個阻抗濾波變換器與兩個同軸電子腔體阻抗濾波器的微電和放電參數(shù)讀值，并將其與相關(guān)實驗結(jié)果數(shù)據(jù)進行比對，模型材料中的一次金屬材料選取采用一次金屬gvag發(fā)射材料，二次電子信號發(fā)射器的模型材料選取為gvaug發(fā)射模型。

2.1 階梯阻抗變換器

為了充分驗證該研究方法的理論正確性，以新型階梯電壓阻抗控制變換器為主要研究實驗對象，階梯電壓阻抗控制變換器的值是幾何基本結(jié)構(gòu)。

2.2 同軸腔體濾波器

以典型同軸矩形腔體模型濾波器為主要研究實驗對象，同軸矩形腔體模型濾波器描述幾何模型結(jié)構(gòu)，描述該腔體模型的主要幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)和排列。設(shè)置起始工作頻率范圍為0.34GHz，起始工作功率范圍為6W，給定頻率求解條件精度3%。

結(jié)論：本文基于數(shù)學(xué)二分法以及基于數(shù)據(jù)庫的擬合算術(shù)方法成功實現(xiàn)了兩種微放電信號讀取取值不同功率自動對比計算，采用該計算方法分別自動模擬了新型阻抗微波變換器與新型同軸微波腔體放電濾波器兩種微波變換器件的微小波放電讀值過程，并將不同讀值功率結(jié)果與不同實驗室的閾值結(jié)果進行自動對比。結(jié)果表明，二者的主要計算方法結(jié)果幾乎一致，本文主要提出的計算方法不僅可以廣泛用于精確計算各種微波掃描器件中的微放大機電閾率的值數(shù)和功率并且它還可以用于實現(xiàn)自定義適應(yīng)微波掃描。