微波谐振腔与微放电交互效应分析研究

论文摘要

微放电效应是一种真空谐振放电现象,通常它在航天微波系统中发生。随着航天电子技术的飞速发展,工作功率越来越高,使得微波部件产生微放电的可能性大大增加。因此,研究微放电效应产生的机理、微波部件中的微放电效应特性以及如何有效的减小微放电产生的有害影响已经成为当今航天事业迫切的任务,是航天系统电磁兼容性与可靠性的重要问题。航天系统中微波部件的微放电问题涉及电磁场理论、微波技术、材料的电磁特性(二次电子发射效应)等多学科的相关内容。本文通过建立一种新的微放电模型(谐振腔与微放电交互模型),侧重研究谐振腔等效电路参数与微放电稳态电流的相互约束的规律和微放电特征量的时空分布特性。首先,根据微放电机理和微波技术基础理论,建立了微波谐振腔与微放电交互模型。通过研究该模型中微放电的暂态特性,本文发现微放电电流的增加对谐振腔电路具有增加负载的效果,并改变其电路电气特性。同时发现微放电的暂态特性取决于微波谐振腔射频结构的品质因数。然后,根据运动电荷的力学原理,通过在交互模型中增加另一电子层来分析空间电荷效应在微放电过程中所起的作用,揭示了一种相位聚焦新机理,证明了空间电荷效应并不是导致微放电电流饱和的充分原因。最后,依据上述研究结论,通过分析交互模型的稳态微放电,推导出稳态微放电电流,并通过仿真结果与理论值及参考实验数据的对比检验了研究的正确性。本文为微放电进一步的研究提供了相应的理论准备。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究历史及现状
• 1.3.1 微放电效应
• 1.3.2 研究现状
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 微放电原理
• 2.1 微放电机理
• 2.2 特征相位与同步条件
• 2.3 相位聚焦
• 2.4 二次电子发射系数
• 2.5 敏感性曲线
• 2.6 非齐次初始速度下电压阈值
• 2.7 本章小结
• 第3章 交互模型中微放电暂态过程分析
• 3.1 分析模型与动态控制方程
• 3.1.1 假设条件
• 3.1.2 归一因子
• 3.1.3 动态方程
• 3.2 暂态特性分析
• 3.2.1 初始条件
• 3.2.2 仿真结果
• 3.2.3 暂态特性
• 3.3 本章小结
• 第4章 空间电荷效应与相位聚焦新机理
• 4.1 微放电双电子层模型
• 4.1.1 基本方程
• 4.2 相位聚焦新机理
• 4.2.1 单粒子轨道相位聚焦
• 4.2.2 相位聚焦的吞噬机理
• 4.3 仿真结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 微放电稳态分析
• 5.1 分析模型
• 5.1.1 共振条件
• 5.1.2 稳态条件
• 5.2 稳态微放电通解
• 5.2.1 待定系数法
• 5.2.2 傅立叶级数逼近法
• 5.2.3 稳态微放电的特征量
• 5.3 稳态微放电阈值
• 5.3.1 电压阈值
• 5.3.2 材料隙间电压与二次发射系数的特性
• 5.4 稳态微放电仿真分析
• 5.4.1 仿真分析
• 5.4.2 仿真结果适应性分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢