›› 2017, Vol. 37 ›› Issue (2): 73-80.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0040

• 微放电部件级研究 • 上一篇    下一篇

星载大功率复杂微波部件微放电效应数值模拟

 李韵1,2, 崔万照2,*, 张洪太2, 殷新社2, 王洪广1, 张剑锋3, 贺永宁1   

  1. 1西安交通大学电子信息工程学院,西安710049
    2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
    3东南大学毫米波国家重点实验室,南京210096
  • 收稿日期:2016-08-31 修回日期:2017-01-17 出版日期:2017-04-25 发布日期:2017-03-17
  • 作者简介:李韵(1986-),女,博士研究生,genliyun@126.com,研究方向为空间微波大功率特殊效应 *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:

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

Anovelsimulationmethodofmultipactorincomplexcomponentforsatelliteapplication

 LI  Yun1,2, CUI  Wan-Zhao2,*, ZHANG  Hong-Tai2, YIN  Xin-She2, WANG  Hong-Guang1, ZHANG  Jian-Feng3, HE  Yong-Ning1   

  1. 1KeyLaboratoryofPhysicalElectronicsandDevicesoftheMinistryofEducation,Xi′anJiaotongUniversity,Xi′an710049,China
    2ScienceandTechnologyonSpaceMicrowaveLaboratory,ChinaAcademyofSpaceTechnology(Xi′an),Xi′an710100,China
    3StateKeyLaboratoryofMillimeterWaves,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China
  • Received:2016-08-31 Revised:2017-01-17 Online:2017-04-25 Published:2017-03-17

摘要: 随着航天器有效载荷技术向高功率、小型化持续发展,复杂结构微波部件微放电数值模拟与阈值分析成为影响微放电分析的基础瓶颈问题。基于电磁时域有限差分计算方法与粒子模拟技术,结合二次电子发射模拟,提出了微放电电磁粒子联合仿真方法,数值模型中考虑了真实电子间的库仑力以及电子运动产生的电荷和电流变化对电磁场的影响,解决了复杂结构微波部件微放电三维数值模拟技术难题。实现了在统一的三维空间网格与时间步进行电磁场值演变计算、电子运动状态变化推进计算与二次电子产额与能量分布计算,基于得到的二次电子数目随时间变化趋势实现了微放电阈值预判,通过微放电电子随时间演化获得了微放电过程具体物理图像及放电位置,并与实际器件微放电实验进行了对比验证。结果表明,所提出的三维电磁粒子数值模拟方法可对大功率微波部件微放电效应的物理过程与具体放电位置进行三维描述,预测的阈值与微放电实验测量值吻合良好,误差小于1.2dB,验证了该方法的有效性与准确性,对于深入研究微放电效应微观物理机制、提高大功率微波部件微放电设计与分析水平具有重要意义。

关键词: 空间, 大功率, 微放电, 数值模拟, 无源器件

Abstract: Withthedevelopmentofhighpowerandminiaturizationinsatellitepayload,accuratesimulationandthresholdanalysisformultipactorin   complexcomponentbecomesbottleneckproblem.Basedontheparticleincelltechnologyandthesecondaryelectronemissiontheory,athreedimensionalsimulationmethodformultipactorwaspresented.Thenumericalalgorithmwasselfconsistentsincetheinteractionbetweenelectromagneticfieldsandparticleswasproperlymodeled.Thegenerationofmultipactoris   visualized,  sothat adeepinsightintothephysicalmechanismsofthiseffectwasgained.Inordertovalidatethemethod,multipactionintheimpedancetransformerwasstudied.Byanalyzingtheevolutionoftheelectronnumbersobtainedbyourmethod,multipactorthresholdsofthesecomponentswereestimatedandthemostsensitivepositionswheremultipactoroccurswerevisualized.Theresultsshowgoodagreementwiththeexperimentalresultsandthesimulationerrorislessthan1.2dB.

Key words: space, highpower, multipactor, numericalsimulation, passivecomponent