基于临界电子密度的多载波微放电全局阈值分析

多载波微放电即发生在宽带、大功率真空无源微波部件中的二次电子倍增放电现象,是影响空间和加速器应用中无源微波部件长期可靠性的主要隐患.多载波微放电全局阈值功率的预测对于工作在真空环境中的微波部件至关重要,但迄今尚无有效方法进行上述阈值的准确分析.本文将微放电发生过程中二次电子分布区域等效为等离子体,通过在理论上建立微波部件的电磁特性和电子密度间的对应关系,提出了一种基于测试系统可检测水平的多载波微放电全局阈值功率分析方法.为了能够通过蒙特卡罗优化方法得到全局阈值,进一步基于电子加速的类半正弦等效,提出了微放电演化过程中电子数涨落的快速计算方法.基于以上两种方法得到的针对实际微波部件的全局阈值分析结果与实验结果相符合.不同于传统基于多载波信号功率分析的经验方法,本文基于临界电子密度判断依据和电子数涨落快速计算,为多载波微放电全局阈值的准确预测提供了一种高效的分析方法.

基于修正差分进化算法确定周期内多载波微放电等效功率

微放电是空间微波部件设计所必须考虑的失效效应之一,随着空间宽带多载波模式的广泛采用,多载波条件下微波部件微放电问题引起广泛关注。针对周期内多载波微放电等效功率计算所采用传统经验公式的不足,提出了一种基于修正差分进化算法的确定周期内多载波微放电等效功率的全局优化方法。该方法通过对多载波合成信号功率特性进行分析,推导获得了20个电子渡越时间内信号能量的表达式,采用二次插值法进行局部搜索,采用修正差分进化算法进行全局优化,从而高效、准确获得全局最优解。以幅度相等、频率间隔相等的多载波信号为例,进行了等效功率的确定,与经验公式的预测结果相当,验证了所提出方法的有效性;同时,对幅度不同、频率间隔不等的多载波信号进行了处理,获得了能够指导微波部件微放电设计的最坏状态及其等效功率。所提出方法不仅适用于幅度不同、频率间隔不等的多载波信号情况,并且能够提供微放电最坏状态时的相位分布,为多载波微放电实验验证提供相位输入。所提出方法相比传统的基于经验公式的方法具有明显优势,为空间宽带多载波工作微波部件微放电设计提供有效依据,在卫星转发器多载波微放电分析及设计中具有价值。

多载波微放电中二次电子横向扩散的概率分析

长周期多载波微放电是近年来新发现的、主要发生在宽带、大功率真空微波部件中的二次电子倍增放电现象.与发生在单个载波周期中的多载波微放电相比,长周期多载波微放电来源于多个载波周期间的二次电子累积,具有相对较低的放电阈值和不可预测性,对空间和加速器应用中宽带大功率微波部件的长期可靠性带来了新的隐患.为解决长周期多载波微放电阈值分析中非均匀场激励下二次电子累积的理论计算问题,本文采用概率方法,通过引入随机漫步和Branching Levy漫步模型,对微放电过程中二次电子横向扩散所需遵循的概率模型进行了严格的推导,并采用所得的概率密度函数,给出了主模为TE10模的矩形波导中多载波激励下二次电子积累过程的纯理论计算.与相同条件下采用粒子仿真所得的结果对比,本文给出的计算结果与仿真结果相符合,同时计算耗时减少了接近一个数量级.本文报道的二次电子横向扩散的概率描述可广泛应用于高功率真空电子和电磁器件领域.