微波部件微放电特性及抑制研究

论文摘要

如今随着通信系统中器件高集成度、超带宽服务、高频段服务,微波器件向着小型化与高功率的方向发展。这使得系统内及器件的电场密度急剧增高,器件内的微放电现象所导致的故障越来越不容忽视。因此,研究微放电效应产生的机理、模拟微放电的产生以及如何有效的减小和抑制微放电效应已经成为当前迫切解决的任务。微放电效应主要是由电子谐振引起的,致使二次发射电子数短时间内呈现指数规律增长的一种现象,也叫二次电子倍增效应。然而微放电现象是相当复杂的,因为在电子数目较少时,空间电荷力常常被忽略,随着电子数目的增多,空间电荷力增大。在微放电现象的仿真中,用大量的电子去正确预测空间电荷力的做法是不可行的,所以实现较为精确的仿真还需要采用无空间电荷的粒子仿真。本文从微放电的成因出发,着重研究了微放电的产生机制与产生条件,以及抑制微放电的技术。本文应用CST Particle studio作为仿真平台,对微放电特性进行了仿真实验研究。研究的重点是从微放电的二次电子发射模型、大功率多载波微放电和矩形波导的微放电的产生过程这三个方面进行讨论,并对如何抑制微放电效应发生的波导结构进行了设计。最后,详细讨论了角槽与周期矩形槽的缝隙矩形波导对微放电的抑制作用规律,提出具有较好功率传输特性与抑制微放电特性的新型缝隙矩形波导结构,并通过建模仿真获得验证。从仿真结果可以看出,本文的分析方法是合理的,新型结构的缝隙波导对微放电有明显的抑制效果。本文结合具体的器件结构,分别建立了不同的角槽与周期矩形槽的模型,进而为探索进一步寻求减小和抑制微放电效应的提供了有益的方法和思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 微放电效应的发展
• 1.2.2 影响微放电的因素
• 1.2.3 矩形波导内微放电
• 1.3 本文研究内容与结构
• 第2章 微放电效应的理论分析
• 2.1 微放电的产生机理
• 2.1.1 平行板间的微放电
• 2.1.2 正交场微放电效应
• 2.1.3 二次电子模型
• 2.1.4 二次电子发射系数
• 2.2 微放电效应的危害
• 第3章 微放电效应的数值分析
• 3.1 微放电仿真软件的确定
• 3.1.1 缝隙宽度的选取
• 3.1.2 发射电子的设置
• 3.1.3 射频激励场的设定
• 3.1.4 表面材料的设置
• 3.2 矩形波导微放电特性研究
• 3.2.1 微放电所产生的粒子流密度的研究
• 3.3 微波器件大功率多载波微放电的研究
• 3.3.1 问题的提出
• 3.3.2 多载波微放电的射频工作环境
• 3.3.3 ESA/ESTEC 微放电计算软件
• 3.3.4 相同初始相位的多载波合成
• 3.3.5 随机相位时的多载波合成
• 3.4 本章小结
• 第4章 减小和抑制微放电效应的研究
• 4.1 引言
• 4.2 缝隙波导槽结构
• 4.2.1 槽结构减小微放电效应的机理
• 4.2.2 仿真模型
• 4.2.3 仿真结果
• 4.2.4 三角槽结构研究
• 4.3 周期矩形槽结构
• 4.3.1 仿真模型
• 4.3.2 仿真结果
• 4.4 新型开槽缝隙波导结构
• 4.4.1 仿真模型
• 4.4.2 仿真结果
• 4.5 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