[发明专利]一种介质单表面微放电过程中空间电子涨落的解析方法

说明书

本发明公开了一种介质单表面微放电过程中空间电子涨落的解析方法。高能粒子入射到介质表面产生二次电子，根据二次电子发射速度、发射极角和发射方位角的概率密度函数，计算二次电子渡越时间的概率密度函数和二次电子发射转移率；根据二次电子渡越时间的概率密度函数和二次电子发射转移率计算介质表面的二次电子的发射率和入射率，最终再处理得到介质单表面微放电过程中空间电子数目的涨落函数，从而获得空间电子涨落的解析结果。本发明处理与空间电子数目无关，解决了蒙特卡洛方法随着微放电电子数目增加计算量越来越大的困难，结果精确可靠。

技术领域

本发明涉及了一种介质单表面微放电解析方法，涉及大功率真空微波器件中介质微放电过程中空间电子涨落的解析方法。

背景技术

介质微放电是一种在大功率真空微波部件中介质表面上发生的一种基于二次电子发射的空间电子雪崩效应。它严重威胁了太空和加速器等应用领域中微波部件的长期稳定性。为了预测和抑制介质微放电的发生，微放电过程的精确解析尤为重要。

介质微放电过程的解析表述十分复杂。与金属微放电相比，介质微放电的显著区别是介质表面可以积累大量静电荷，由此产生的静电场能够显著影响二次电子的发射，导致介质单表面微放电、空间电荷的饱和和振荡等现象的出现。

研究介质微放电的传统手段是基于蒙特卡洛法的粒子仿真。由于需要跟踪每一个粒子，蒙特卡洛法需要大量的计算资源和计算时间。为了解决这一问题，最近有一种稳态统计模型被提出并用于介质单表面微放电阈值的解析，然而该方法不能获得微放电过程中空间电子数目的涨落速率。目前针对金属波导微放电的非稳态统计模型可以实现电子数目涨落速率的处理获得，但是无法用于介质微放电，且该模型只考虑了二次电子发射速度的随机性，忽略了二次电子发射角度的随机性，准确性受到一定影响。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种介质单表面微放电过程中空间电子涨落的解析方法，也可以作为一种介质单表面微放电的抑制方式，方法将二次电子发射的速度、极角和方位角的随机性都考虑在内，精度高且计算时间与空间电子个数无关，提高了微放电结果测试的准确性。

本发明采用的具体技术方案是：

1)高能粒子入射到介质表面产生二次电子，根据二次电子发射速度v_e、发射极角θ_e和发射方位角的概率密度函数f_v(v_e)、f_θ(θ_e)和计算二次电子渡越时间的概率密度函数f_τ(τ)和二次电子发射转移率C_EE(t₁,t₂)，t₁和t₂分别表示二次电子发射转移的起始时刻和终止时刻；

本发明的介质单表面的表面即为介质表面。具体实施中，介质安装于波导的内部作为波导的介质窗。

根据介质表面区域的外加射频场E_rf cos(ωt)和直流场E_dc，计算逸出时间、速度、极角和方位角分别为t_e、v_e、θ_e和的二次电子，计算再次入射到介质表面的时间t_i、速度v_i和极角θ_i。

2)接着根据二次电子渡越时间的概率密度函数f_τ(τ)和二次电子发射转移率 C_EE(t₁,t₂)计算介质表面的二次电子的发射率E_m(t)和入射率I_m(t)，t表示时间，最终再处理得到介质单表面微放电过程中空间电子数目的涨落函数N(t)，从而获得空间电子涨落的解析结果。

本发明方法的计算量、计算时间均与空间电子数目无关。