[发明专利]一种大功率环行器及其抗微放电设计方法

说明书

一种大功率环行器，包括金属腔体(1)、铁氧体旋磁基片(2)和介质卡槽(3)；金属腔体(1)包括上盖、底座，上盖和底座上镜面对称位置有凹槽，上盖安装在底座上，上盖与底座之间形成空腔；铁氧体旋磁基片(2)位于介质卡槽(3)内；介质卡槽(3)安装在金属腔体(1)的空腔中，位于上盖和底座的凹槽之间，使得铁氧体旋磁基片(2)贴紧金属腔体(1)。本发明的方法首先通过初步电性能设计优化将最强场强集中于旋磁基片区域，然后在该区域加载多层同心介质圆环构成介电常数随空间变化的介质卡槽，然后进一步进行电性能优化与微放电仿真优化，在满足实际电性能需要的前提下实现微放电电子轨迹阻断，有效提升微放电阈值功率。

技术领域

本发明涉及一种环行器及其抗微放电设计方法。

背景技术

航天器大功率微波部件的高微放电风险是影响航天器有效载荷长寿命、高可靠性的关键性因素，也是大功率应用下卫星最大的单点失效环节。

传统的微放电抑制方法主要分为两类：物理抑制方法和化学抑制方法。其中，物理抑制方法主要通过增大微波部件最大电场强度处金属表面间距实现微放电阈值的提高。对于航天器微波部件而言，由于其体积与质量严格受控，通过增加物理尺寸提高微放电阈值的方法存在很大的局限性。同时，通过加大物理尺寸能够提高微放电阈值的范围有限，体积增大将给空间应用带来高昂的代价，在很多应用情况下是不可能实现的途径。

化学抑制方法主要通过在金属表面涂覆特殊材料，例如阿洛丁(Alodine)等降低金属表面二次电子发射产生，最终实现微放电的抑制。该类方法导致损耗的普遍增加，对微波部件电性能影响较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种大功率环行器及其抗微放电设计方法，首先通过初步电性能设计优化将最强场强集中于旋磁基片区域，然后在该区域加载多层同心介质圆环构成介电常数随空间变化的介质卡槽，然后进一步进行电性能优化与微放电仿真优化，在满足实际性能需要的前提下实现微放电电子轨迹阻断，有效提升微放电阈值功率。

本发明的技术解决方案是：一种大功率环行器，包括金属腔体、铁氧体旋磁基片和介质卡槽；金属腔体包括上盖、底座，上盖和底座上镜面对称位置有凹槽，上盖安装在底座上，上盖与底座之间形成空腔；铁氧体旋磁基片位于介质卡槽内；介质卡槽安装在金属腔体的空腔中，位于上盖和底座的凹槽之间，使得铁氧体旋磁基片贴紧金属腔体。

所述金属腔体底座中部有凸起的金属匹配台，介质卡槽安装在金属匹配台上。

所述金属腔体上盖与金属腔体底座上的金属匹配台对应位置处有凸起的金属匹配台。

所述介质卡槽包括N个同心的介质圆环、介质圆柱，N个介质圆环依次套在介质圆柱外，介质圆环的相对介电常数从最外层到中心逐渐增大，介质圆柱的相对介电常数大于N个介质圆环的相对介电常数；其中，N为正整数。

所述铁氧体旋磁基片安装在介质圆环内，位于介质圆柱一端或分别位于介质圆柱两端，与金属腔体上盖或底座贴合。

所述金属匹配台中部有用于卡住介质卡槽的圆形的定位凹槽，定位凹槽深度不大于0.5mm。

所述介质卡槽的材料为单晶材料、氮化硼、聚酰亚胺或陶瓷。

一种大功率环行器的抗微放电设计方法，包括步骤如下：

步骤一、给定环行器的中心工作频率f_r、工作带宽B_W、各端口隔离度、微放电功率要求P、金属腔体的材料及金属腔体的二次电子发射特性参数、铁氧体旋磁基片的电性能参数及铁氧体旋磁基片的二次电子发射特性参数；

步骤二、根据步骤一给定的环行器的中心工作频率f_r、工作带宽B_W、各端口隔离度和铁氧体旋磁基片的电性能参数，结合描述电磁场演化的麦克斯韦方程组，获得环行器的结构尺寸；