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多载波微放电阈值的粒子模拟及分析

新波 张小宁 李韵 崔万照 张洪太 李永东 王洪广 翟永贵 刘纯亮

多载波微放电阈值的粒子模拟及分析

新波, 张小宁, 李韵, 崔万照, 张洪太, 李永东, 王洪广, 翟永贵, 刘纯亮
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  • 多载波微放电阈值的准确分析对于空间大功率微波系统的长期可靠性至关重要.近年来,一种源于多载波包络周期间少量剩余电子累积的长周期微放电机制引发广泛关注.国内外研究者普遍认为,相对源于单个周期内电子累积的周期内微放电,长周期微放电应该被优先激发、具有更低的阈值.但依据长周期微放电判据分析所得的阈值显著高于实验结果.针对这一问题,本文采用与实验系统可比拟的微放电判据,在相同多载波信号激励、相同微波部件条件下,对微放电的演化过程进行了粒子模拟,分析了多载波微放电、特别是周期内微放电的行为特性和发生条件,有效地解释了实验结果.本文的粒子模拟结果表明,给定微波部件被优先激发的多载波微放电类型取决于载波频率的配置,长周期微放电并非一定被优先激发,这是导致基于长周期微放电判据分析所得阈值显著高于实验结果这一问题的原因所在.以上结论对于空间大功率微波部件的多载波微放电全局阈值评估和抑制设计具有指导意义.
      通信作者: 崔万照, cuiwanzhao@126.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:U1537211)和空间微波技术重点实验室基金(批准号:9140C530101150C53011)资助的课题.
    [1]

    Farnsworth P T 1934 Franklin Inst. 218 411

    [2]

    Vaughan J R M 1988 IEEE Trans. Electron. Dev. 35 1172

    [3]

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    Rasch J 2012 Ph. D. Dissertation (Goteborg: Chalmers University of Technology)

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    Kishek R A, Lau Y Y, Ang L K, Valfells A, Gilgenbach R M 1998 Phys. Plasmas 5 2120

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    Coves A, Torregrosa P G, Vicente C, Gemeino B, Boria V E 2008 IEEE Trans. Electron Dev. 55 2505

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    Vdovicheva N K, Sazontov A G, Semenov V E 2004 Radiophys. Quantum Electron. 47 580

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    Hatch A J, Williams H B 1958 Phys. Rev. 112 681

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    ESA-ESTEC 2003 Space Engineering: Multipacting Design and Test (vol. ECSS-20-01A) (Noordwijk: ESA Publication Division)

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    Anza S, Vicente C, Gimeno B, Boria V E, Armendriz J 2007 Phys. Plasmas 14 082112

    [11]

    Anza S, Mattes M, Vicente C, Gil J, Raboso D, Boria V E, Gimeno B 2011 Phys. Plasmas 18 032105

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    Anza S, Vicente C, Gil J, Mattes M, Wolk D, Wochner U, Boria V E, Gimeno B, Raboso D 2012 IEEE Trans. Microw. Theory Technol. 60 2093

    [13]

    Song Q Q, Wang X B, Cui W Z, Wang Z Y, Ran L X 2014 Acta Phys. Sin. 63 220205 (in Chinese) [宋庆庆, 王新波, 崔万照, 王志宇, 冉立新 2014 物理学报 63220205]

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    Barker R J, Schamiloglu E 2001 High-Power Microwave Sources and Technologies (Wiley-IEEE Press)

    [16]

    Kong J A 2008 Electromagnetic Wave Theory (2008 Ed.) (Cambridge: EMW Publishing)

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    Vicente C, Mattes M, Wolk D, Hartnagel H L, Mosig J R, Raboso D 2005 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest Long Beach, USA June 12-17, 2005 p1055

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    [3] 林舒, 闫杨娇, 李永东, 刘纯亮. 微波器件微放电阈值计算的蒙特卡罗方法研究. 物理学报, 2014, 63(14): 147902. doi: 10.7498/aps.63.147902
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-04-08
  • 修回日期:  2017-05-12
  • 刊出日期:  2017-08-05

多载波微放电阈值的粒子模拟及分析

  • 1. 西安交通大学, 电子物理与器件教育部重点实验室, 西安 710049;
  • 2. 西安空间无线电技术研究所, 空间微波技术重点实验室, 西安 710100
  • 通信作者: 崔万照, cuiwanzhao@126.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:U1537211)和空间微波技术重点实验室基金(批准号:9140C530101150C53011)资助的课题.

摘要: 多载波微放电阈值的准确分析对于空间大功率微波系统的长期可靠性至关重要.近年来,一种源于多载波包络周期间少量剩余电子累积的长周期微放电机制引发广泛关注.国内外研究者普遍认为,相对源于单个周期内电子累积的周期内微放电,长周期微放电应该被优先激发、具有更低的阈值.但依据长周期微放电判据分析所得的阈值显著高于实验结果.针对这一问题,本文采用与实验系统可比拟的微放电判据,在相同多载波信号激励、相同微波部件条件下,对微放电的演化过程进行了粒子模拟,分析了多载波微放电、特别是周期内微放电的行为特性和发生条件,有效地解释了实验结果.本文的粒子模拟结果表明,给定微波部件被优先激发的多载波微放电类型取决于载波频率的配置,长周期微放电并非一定被优先激发,这是导致基于长周期微放电判据分析所得阈值显著高于实验结果这一问题的原因所在.以上结论对于空间大功率微波部件的多载波微放电全局阈值评估和抑制设计具有指导意义.

English Abstract

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