微波器件微放电阈值功率自适应扫描方法

中船重工集团第七二三研究所 孙 京

本文采用粒子功率模拟分析软件首先计算出以单位粒子功率下载在微波粒子部件运动中的粒子电磁场能量分布，接着我们利用跳跃蛙跳的方法首先求解微波粒子高速运动时的轨迹，然后根据结合其第二次电子微波发射物理模型进行确定计算出可发射出的粒子能量数目。在微放电数目模拟处理过程中对各个粒子能量数目变化曲线数据进行阈值分析，建立微粒子放电模拟阈的数值二分判据计算方法，根据阈值二分法自动改变初始输入输出功率值并使得各个粒子数目模拟处理软件在达到给定初始输入功率后自动分别给出给定微放电模拟阈的数值。

以同轴微波驱动阶梯腔体阻抗微波变换器与新型同轴微波腔体阻抗滤波器为主要研究实验对象，采用该计算方法分别进行计算其微波充放电功率阈值并与相关实验结果结合进行分析对比，结果表明，该计算方法结论具有较高准确性。

1 模型

微放大充电阈值输出功率自动相适应重复扫描用该方法的主要技术思想概述如下：通过多次重复扫描利用某一输入功率下的多个射频微放电磁场，以及用二分法扫描方式通过改变不同输入输出功率分别值来模拟不同输入功率下的微扩大放电及其过程根据输出阈值功率判据用该方法可以获得不同器件的射频微放大充电阈率峰值输出功率。

仿真过程主要内容包括二次电磁场功率推进（频域内的电磁场功率转换方式为特定时域内的电磁场）、粒子运动推进（通过求解牛顿洛伦兹方程获得微波粒子快速运动时的轨迹）以及粒子边界发射处理（采用二次电子微波发射物理模型），最后，根据采用阈值二分判断计算方法自动判断输出二次微放电阈量数值在二次模拟仿真过程中每隔v至v个月的微波放电周期对输入粒子能量数目分别进行一次数据分析拟真组合并自动判断粒子是否及时发生微微波放电，如果及时发生微微波放电（或未及时发生），则自动停止该输入功率下的微微波放电模拟过程进行模拟，同时以数值二分法计算方式再次进行输入功率二次修正，并以二次修改后的输入功率数值作为初始输入输出功率不再进行二次微放电模拟过程进行模拟，否则不再继续当前输入功率下的微微波放电模拟过程进行模拟。如此不断反复循环，直至两次放电模拟的输出功率相对误差可以满足系统设置输出精度值的要求，输出达到微放电阈值。

1.1 电磁场计算

原有的软件在进行模拟微电子放电计算过程时实时自动更新模拟电磁场，即模拟电子磁场运动与模拟电磁场结合计算间相互进行耦合，时间线的步长不会受到在稳定环境条件下的限制，而在模拟微放电过程演变初期，自洽场对系统计算微电子放电过程读取数值时的影响较小因故可忽略不计，基于这一设计思想，将通过求解后的电磁场计算模块与模拟电子运动轨迹结合计算对两模块之间的过去进行耦合，这无疑就是可以有效节省大量系统计算工作量，提高系统计算工作效率。本文主要采用软件分析计算了在微波辐射器件应用中的时域电磁场频率分布，目前证明该软件仅仅具有对于输出频域场以及其在单位时间周期内的输入时域内部电磁场的计算功能，考虑到输入时域内的电磁场在存储以及用于读取时域的计算机用量非常大而且需要消耗大量使用计算机中的内存，本文通过选取频域内的电磁场进行计算实验结果，在使用粒子辐射推进器的过程中将其进行转换而成为输出时域内的电磁场。

1.2 阈值判据

依据求解平均值的二次电子能量发射数目系数，前者主要目的是通过观察二次粒子发射数目测量曲线阈值是否已经呈当前指数变化趋势，若当前指数变化因子阈值大于1，则可以表明当前粒子功率已经大于当前阈值中的功率，发生微能量放电。若微波呈现小指数功率衰减，则可能为不良微放电；后者主要目的是通过依据平均值的二次电子微波发射功率系数读值是否已经大于1来帮助判断二次微放电现象是否正常发生，若系数大于1，则可能说明该发射功率已经大于当前读值发射功率，否则，当前读值功率可能过小。本文基于第一种确定读值参数判断计算方法，通过对读值数据与模拟数组合后的确定读值指数进行因子扫描实现小型微放大器电读值自动相适应因子扫描参数计算。

在综合数据表征拟算综合计算过程中，通常都会采用R（表征确定综合系数）作为表征确定数据值以拟算综合过程效果的确定好坏。在开始定义该测量参数之前，需要分别介绍另外三个拟合物理测量参数SSR、SET以及SSRS，其中，SSRS则代表计算预测拟合数据与原始拟合数据预测均值之差的两个平方和。

2 模型验证

应用上述计算方法分别进行计算两个阻抗滤波变换器与两个同轴电子腔体阻抗滤波器的微电和放电参数读值，并将其与相关实验结果数据进行比对，模型材料中的一次金属材料选取采用一次金属gvag发射材料，二次电子信号发射器的模型材料选取为gvaug发射模型。

2.1 阶梯阻抗变换器

为了充分验证该研究方法的理论正确性，以新型阶梯电压阻抗控制变换器为主要研究实验对象，阶梯电压阻抗控制变换器的值是几何基本结构。

2.2 同轴腔体滤波器

以典型同轴矩形腔体模型滤波器为主要研究实验对象，同轴矩形腔体模型滤波器描述几何模型结构，描述该腔体模型的主要几何结构参数和排列。设置起始工作频率范围为0.34GHz，起始工作功率范围为6W，给定频率求解条件精度3%。

结论：本文基于数学二分法以及基于数据库的拟合算术方法成功实现了两种微放电信号读取取值不同功率自动对比计算，采用该计算方法分别自动模拟了新型阻抗微波变换器与新型同轴微波腔体放电滤波器两种微波变换器件的微小波放电读值过程，并将不同读值功率结果与不同实验室的阈值结果进行自动对比。结果表明，二者的主要计算方法结果几乎一致，本文主要提出的计算方法不仅可以广泛用于精确计算各种微波扫描器件中的微放大机电阈率的值数和功率并且它还可以用于实现自定义适应微波扫描。