一種確定微波部件多載波微放電最壞狀態(tài)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種確定微波部件多載波微放電最壞狀態(tài)的方法，屬于微波部件微放 電領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前大多數(shù)衛(wèi)星都工作在多載波模式，通信衛(wèi)星收發(fā)系統(tǒng)雙工器的濾波器是信號(hào) 傳輸?shù)墓餐ǖ?，并且處于高諧振狀態(tài)，存在多載波信號(hào)激勵(lì)下微放電的分析與設(shè)計(jì)問題。
[0003]多載波微放電分析不同于單載波情形最重要的區(qū)別在于，激勵(lì)信號(hào)的幅度是隨著 初始相位的不同隨時(shí)間快速變化的。空間微波部件多載波微放電分析需要確定能夠以最小 單路功率激勵(lì)微放電的初始相位分布，即多載波微放電最壞狀態(tài)。為了確定最壞狀態(tài)需要 獲得多載波信號(hào)條件下電子數(shù)目隨時(shí)間的波動(dòng)曲線，同時(shí)需要基于電子數(shù)目來判斷放電， 通過全局優(yōu)化算法獲得最壞狀態(tài)。
[0004] 但目前在進(jìn)行多載波微放電判斷時(shí)只采用了相鄰兩個(gè)包絡(luò)周期間電子數(shù)目的相 對(duì)變化來進(jìn)行判斷，而忽略了絕對(duì)電子數(shù)目對(duì)應(yīng)的電子密度對(duì)射頻信號(hào)反射特性的影響。 因此需要同時(shí)考慮包絡(luò)周期間累積放電和包絡(luò)周期內(nèi)放電兩種放電形式來進(jìn)行最壞狀態(tài) 的分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種確定微波部件多載 波微放電最壞狀態(tài)的方法，能夠在同時(shí)考慮包絡(luò)周期間累積放電和包絡(luò)周期內(nèi)放電時(shí)確定 多載波微放電最壞狀態(tài)。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種確定微波部件多載波微放電最壞狀態(tài)的方法，步 驟如下：（1)令多載波合成信號(hào)為
其中A為載波頻率，將 為載波相位，Vi為載波幅值，n為載波路數(shù)；t為仿真時(shí)間，0 <t<TS;Ts=M*T為預(yù)設(shè)的 仿真時(shí)長，T是合成信號(hào)的包絡(luò)周期，為相鄰載波頻率間隔最小值的倒數(shù)，M為調(diào)整系數(shù)；同 時(shí)確定部件表面的二次電子發(fā)射特性；
[0007] (2)對(duì)待分析的微波部件，記最容易發(fā)生微放電的敏感部位體積為Volum立方毫 米，敏感部位在電磁波傳播方向長度為LL毫米，在敏感部位放置均勻分布的電子，電子數(shù) 目的總數(shù)為Num，電子密度記為Ns=Num/Volum，等效介電常數(shù)為e#〇)，《為角頻率， 確定隨電子數(shù)目變化而變化的部件入射端口反射系數(shù)R( ?)，記入射端口反射系數(shù)變化 AR(?)dB時(shí)對(duì)應(yīng)的電子密度為Ns。；
[0008] (3)采用全局優(yōu)化算法，以相位乾]構(gòu)成的向量為優(yōu)化變量，其中 相位滿足：GK與< 71，獲取多載波微放電最壞狀態(tài)，具體如下：
[0009] (3. 1)初始化全局最大可能閾值Vth，初始化最壞狀態(tài)相位，妁，…，： %]th=[0, …％根據(jù)優(yōu)化算法隨機(jī)初始化種群[例，％…，％]N，N為整數(shù)，對(duì)種群 中每一個(gè)向量^執(zhí)行（3.2)到（3.6)，獲得其對(duì)應(yīng)的放電閾值{￥口11：^，^ = 1~1所有向 量執(zhí)行完畢后轉(zhuǎn)入步驟（3. 7);
[0010] (3. 2)初始化幅度Vph;
[0011] (3. 3)給每路的幅度賦值Vi=V2=…=Vn=Vph，確定多載波合成信號(hào)；
[0012] (3. 4)根據(jù)步驟（1)確定的微波部件表面二次電子發(fā)射特性，計(jì)算獲得多載波信 號(hào)V(t)激勵(lì)時(shí)，TS時(shí)間內(nèi)電子數(shù)目曲線P(t);
[0013] (3. 5)獲得每個(gè)包絡(luò)周期T內(nèi)的電子數(shù)目最大值Pmax(jj)和最小值Pmin(jj)，即 Pmax(jj) =max{P(t)} |⑴加代的，，Pmin(jj) =min{P(t)} |⑴如代的和，jj= 1…M;
[0014] (3. 6)判斷是否放電：如果Pmax(3)>Pmax(2)或者？11^(3)>隊(duì)。轉(zhuǎn)〇111111，則該相位組 合的微放電閾值為Vph，{VphhiiVph;否則令Vph=Vph+Vh，Vh為迭代幅度步長，執(zhí)行第 (3. 3)步；
[0015] (3. 7)如果min{Vph}N〈Vth，則Vth=min{Vph}N，[約，ft，….，此]th=[^， 供2奶]k，k滿足{Vph} k=min{Vph}N，轉(zhuǎn)步驟（3. 8)，否則直接轉(zhuǎn)步驟（3. 8)
[0016] (3. 8)由全局優(yōu)化算法判斷Vth是否為全局最小值，如果是，優(yōu)化結(jié)束，執(zhí)行第（4) 步；如果否，根據(jù)優(yōu)化算法調(diào)整種群[科，終，...，魏]N，對(duì)種群中每一個(gè)向量ii執(zhí)行 (3. 2)到（3. 6)，所有向量執(zhí)行完畢后轉(zhuǎn)入步驟（3.7);
[0017] ⑷輸出[灼，灼，…，％]th為最壞狀態(tài)。
[0018] 所述步驟⑵中等效介電常數(shù)eeff (?)為
[0019]
[0020] 其中
為等離子體頻率，其中Ns為電子密度，e和I是電子的電 量和質(zhì)量，e。為真空中的介電常數(shù)，T=-y^ye是電子的散射時(shí)間，是等離子體中 電子的迀移率。
[0021]所述步驟（2)中反射系數(shù)R(co)滿足
[0022]
[0023] 其中P= 為電子填充區(qū)域的相位，區(qū)域1代表真空區(qū)域，區(qū)域2代表二 次電子填充構(gòu)成的等離子體區(qū)域，4 =|^f為區(qū)域1到區(qū)域2的反射系數(shù)，屯=|3為 區(qū)域2到區(qū)域1的反射系數(shù)，4=^為區(qū)域1到區(qū)域2的傳輸系數(shù)，心為區(qū)域 2到區(qū)域1的傳輸系數(shù)，為=^^為真空中的特性阻抗，Z: = 為二次電子填充區(qū) 域的特性阻抗，^為真空中的磁導(dǎo)率，e。為真空中的介電常數(shù)。
[0024] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果為：
[0025] 本發(fā)明提供了一種確定多載波微放電最壞狀態(tài)的方法，該方法以多載波信號(hào)條件 下電子數(shù)目的演化曲線為基礎(chǔ)，同時(shí)考慮了包絡(luò)周期間累積放電和包絡(luò)周期內(nèi)放電，能夠 確定多載波微放電最壞狀態(tài)，為多載波微波部件微放電分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提供了有效手段。
【附圖說明】
[0026] 圖1為本發(fā)明流程圖；
[0027] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的仿真對(duì)象示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中等效等離子體引起的反射系數(shù)變化示意圖；
[0029]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中電子密度與反射系數(shù)關(guān)系圖。
[0030]圖5為本發(fā)明實(shí)施例中確定的最壞狀態(tài)對(duì)應(yīng)的時(shí)域合成波形。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)的闡述。
[0032] 如圖1所示為本發(fā)明的流程圖，由圖1可知，本發(fā)明提供的一種確定多載波微放電 最壞狀態(tài)的方法，主要步驟如下：
[0033] (1)令多載波合成信號(hào)為
其中fi，f2，…，fn為載 波頻率，科，色，…，A為載波相位，Vi，V2，…，Vn為載波幅值，n為載波路數(shù)；t為仿真時(shí) 間，0 <t<TS;Ts=M*T為預(yù)設(shè)的仿真時(shí)長，T是合成信號(hào)的包絡(luò)周期，為相鄰載波頻率間 隔最小值的倒數(shù)，M為調(diào)整系數(shù)，一般取4;同時(shí)確定部件表面的二次電子發(fā)射特性，設(shè)定部 件表面的二次電子發(fā)射特性，采用Vaughan模型設(shè)定部件表面的二次電子發(fā)射特性；對(duì)于 銀而言二次電子發(fā)射特性設(shè)定四個(gè)值屯=30^4咖=165eV，E2= 5000eV，Snax= 2. 22 ; 其中Ei為二次電子發(fā)射系數(shù)等于1對(duì)應(yīng)的低端能量值，E_為最大電子發(fā)射系數(shù)對(duì)應(yīng)的能 量值，E2為二次電子發(fā)射系數(shù)等于1對(duì)應(yīng)的上端能量值，S_為最大電子發(fā)射系數(shù)；
[0034] (2)對(duì)待分析的微波部件，記最容易發(fā)生微放電的敏感部位體積為Volum立方毫 米，敏感部位在電磁波傳播方向長度為LL毫米，在敏感部位放置均勻分布的電子，電子數(shù) 目的總數(shù)為Num，電子密度記為Ns=Num/Volum，等效介電常數(shù)為e#〇)，《為角頻率，采 用CST軟件或者HFSS軟件或者解析計(jì)算獲得對(duì)應(yīng)的部件入射端口反射系數(shù)R(co)(隨著電 子數(shù)目的變化，部件入射端口反射系數(shù)逐漸變化），記反射端口反射系數(shù)變化AR(?)dB時(shí) 對(duì)應(yīng)的電子密度，記為Ns。。
[0035] (3)采用全局優(yōu)化算法，以相位[灼，瑪，...，袼]構(gòu)成的向量為優(yōu)化變量，其中 相位滿足：CK約i= 1...n，獲取多載波微放電最壞狀態(tài)，具體如下：
[0036] (3. 1)初始化全局最大可能閾值Vth= 1000000V，初始化最壞狀態(tài)相位 [奶，朽，...，只,k=[0,0，..，0];根據(jù)優(yōu)化算法隨機(jī)初始化種群[釣，終，…，％]n，n 一般取50,對(duì)種群中每一個(gè)向量ii執(zhí)行（3. 2)到（3. 6)，獲得其對(duì)應(yīng)的放電閾值{Vph}N，ii =1…N，所有向量執(zhí)行完畢后轉(zhuǎn)入步驟（3.7);
[0037](3. 2)初始化幅度Vph=IV
[0038] (3. 3)給每路的幅度賦值VI=V2=…=Vn=Vph，多載波合成信號(hào)為
[0039]
[0040] (3. 4)根據(jù)步驟（1)確定的微波部件表面二次電子發(fā)射特性，采用FEST3D或CST或?qū)＠?一種確定多載波微放電二次電子數(shù)目的方法"（受理號(hào)=201210253839. 7)提出的 方法，初始電子數(shù)目為Pc，計(jì)算獲得多載波信號(hào)V⑴激勵(lì)時(shí)，Ts時(shí)間內(nèi)電子數(shù)目曲線P⑴
[0041](3. 5)獲得每個(gè)包絡(luò)周期T內(nèi)的電子數(shù)目最大值Pmax(jj)和最小值Pmin(jj)，即 Pmax(jj) =max{P(t)} |⑴加代的，，Pmin(jj) =min{P(t)} |⑴如代的和，jj= 1…M;
[0042] (3. 6)判斷是否放電：如果