›› 2017, Vol. 37 ›› Issue (2): 81-88.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0024

• 微放电部件级研究 • 上一篇    下一篇

空间微波部件内二次电子累积及其与传输特性的关系

 张恒, 崔万照*, 李韵, 王新波, 杨晶   

  1. 中国空间技术研究院西安分院空间微波技术重点实验室,西安710100
  • 收稿日期:2016-08-31 修回日期:2017-02-27 出版日期:2017-04-25 发布日期:2017-03-17
  • 作者简介:张恒(1991-),男,硕士研究生,zhcast504@126.com,研究方向为空间微波技术 *通讯作者:崔万照(1975-),男,研究员,cuiwanzhao@126.com,研究方向为空间大功率微波技术
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(U1537211和11675278);空间微波技术重点实验室基金重点项目(9140C530101150C53011)

econdaryelectronsaccumulationinspacemicrowavecomponentsanditsrelationshipwithtransmissionproperties

 ZHANG  Heng, CUI  Wan-Zhao*, LI  Yun, WANG  Xin-Bo, YANG  Jing   

  1. NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonSpaceMicrowave,ChinaAcademyofSpaceTechnology(Xi′an),Xi′an710100,China
  • Received:2016-08-31 Revised:2017-02-27 Online:2017-04-25 Published:2017-03-17

摘要: 针对微放电过程中的电子累积效应,探索二次电子累积对微波部件传输特性的影响,提出二次电子累积“等效介质”的理论模型,通过将电子累积等效为“特殊介质”,从介质的角度探索电子累积对传输特性的影响,推导得到不同电子累积密度所形成不同“等效介质”的相对介电常数。仿真和计算结果表明,微放电过程中,电子累积密度从0增长至1016/m3数量级时,传输特性基本不发生变化; 但是当电子累积密度达到1017/m3数量级时,阻抗变换器的通带内回波损耗恶化了15dB;随着电子累积密度继续增大,“等效介质”对电磁波的反射迅速增强,微波部件的传输特性急剧恶化;在电子累积密度达到4×1017/m3时,电磁波在阻抗变换器中的传输处于完全截止状态。为了进一步探讨导致传输特性恶化的深层原因,发现在电子累积密度达到4×1017/m3时,在2.5~5GHz的频率范围内,电子累积形成“等效介质”的相对介电常数呈现为负值,电磁波传输截止,“等效介质”表现出单负介电常数超材料的特性,即导致阻抗变换器传输特性恶化的原因是单负介质材料的形成。研究有益于更深入地认识微放电形成过程中的深层物理机理及其对宏观电性能的影响,为寻求更加有效的抑制方法提供理论依据。

关键词: 微放电, 电子累积, 等效介质, 传输特性, 微波部件

Abstract: Therelationshipbetweentheaccumulationofmultipactingelectronsandthevariationofthetransmissionpropertiesinmicrowavecomponentswasstudied.  Anequivalentmediamodelwasproposedtodescribetheelectronaccumulationduringmultipactor,whereeffectsoftheelectrons′accumulationwereapproximatedasamediawithspecialrelativepermittivity.Thevalueofthespecialrelativepermittivitywascalculatedequivalentlycorrespondingtotheelectrondensity.Simulationandcalculationresultsindicatethatthetransmissionpropertiesofthemicrowavecomponentsremainunchangedwhenthedensityofelectronsincreasedfrom0/m3to1×1016/m3duringmultipactor.However,thereturnlossinthepassbandfrequenciesdropped15dBwhentheelectrondensityreached1×1017/m3.Astheincreasingoftheelectrondensity,thereflectionofelectromagneticwavecausedby“equivalent  media”increasedrapidlywhichmadethetransmissionpropertiesofthemicrowavecomponentsdeterioratessharply.Thesimulationwascoincidewiththeresultsoftheoreticalanalysis,whichindicatedthatthetransmissionwasevencutoffwhenthedensityofelectronsincreasedtothemagnitudeof4×1017/m3.Inaddition,whentheelectrondensityreached4×1017/m3(inthefrequencyrangeof2.5~5GHz),therelativepermittivityofthe“equivalentmedia”wasnegativeandthetransmissioncutoff.Thisresearchishelpfultounderstandthemechanismandtheelectricalcharacteristicschangesofmicrowavecomponentsduetomultipactor,providinganeffectivetheoreticalprincipleformultipactorsuppression.

Key words: multipactor, accumulationofelectrons, effectivedielectric, transmissionproperties, microwavecomponents