中船重工集團(tuán)第七二三研究所 孫 京

本文采用粒子功率模擬分析軟件首先計(jì)算出以單位粒子功率下載在微波粒子部件運(yùn)動(dòng)中的粒子電磁場(chǎng)能量分布，接著我們利用跳躍蛙跳的方法首先求解微波粒子高速運(yùn)動(dòng)時(shí)的軌跡，然后根據(jù)結(jié)合其第二次電子微波發(fā)射物理模型進(jìn)行確定計(jì)算出可發(fā)射出的粒子能量數(shù)目。在微放電數(shù)目模擬處理過(guò)程中對(duì)各個(gè)粒子能量數(shù)目變化曲線(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行閾值分析，建立微粒子放電模擬閾的數(shù)值二分判據(jù)計(jì)算方法，根據(jù)閾值二分法自動(dòng)改變初始輸入輸出功率值并使得各個(gè)粒子數(shù)目模擬處理軟件在達(dá)到給定初始輸入功率后自動(dòng)分別給出給定微放電模擬閾的數(shù)值。

以同軸微波驅(qū)動(dòng)階梯腔體阻抗微波變換器與新型同軸微波腔體阻抗濾波器為主要研究實(shí)驗(yàn)對(duì)象，采用該計(jì)算方法分別進(jìn)行計(jì)算其微波充放電功率閾值并與相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合進(jìn)行分析對(duì)比，結(jié)果表明，該計(jì)算方法結(jié)論具有較高準(zhǔn)確性。

1 模型

微放大充電閾值輸出功率自動(dòng)相適應(yīng)重復(fù)掃描用該方法的主要技術(shù)思想概述如下：通過(guò)多次重復(fù)掃描利用某一輸入功率下的多個(gè)射頻微放電磁場(chǎng)，以及用二分法掃描方式通過(guò)改變不同輸入輸出功率分別值來(lái)模擬不同輸入功率下的微擴(kuò)大放電及其過(guò)程根據(jù)輸出閾值功率判據(jù)用該方法可以獲得不同器件的射頻微放大充電閾率峰值輸出功率。

仿真過(guò)程主要內(nèi)容包括二次電磁場(chǎng)功率推進(jìn)（頻域內(nèi)的電磁場(chǎng)功率轉(zhuǎn)換方式為特定時(shí)域內(nèi)的電磁場(chǎng)）、粒子運(yùn)動(dòng)推進(jìn)（通過(guò)求解牛頓洛倫茲方程獲得微波粒子快速運(yùn)動(dòng)時(shí)的軌跡）以及粒子邊界發(fā)射處理（采用二次電子微波發(fā)射物理模型），最后，根據(jù)采用閾值二分判斷計(jì)算方法自動(dòng)判斷輸出二次微放電閾量數(shù)值在二次模擬仿真過(guò)程中每隔v至v個(gè)月的微波放電周期對(duì)輸入粒子能量數(shù)目分別進(jìn)行一次數(shù)據(jù)分析擬真組合并自動(dòng)判斷粒子是否及時(shí)發(fā)生微微波放電，如果及時(shí)發(fā)生微微波放電（或未及時(shí)發(fā)生），則自動(dòng)停止該輸入功率下的微微波放電模擬過(guò)程進(jìn)行模擬，同時(shí)以數(shù)值二分法計(jì)算方式再次進(jìn)行輸入功率二次修正，并以二次修改后的輸入功率數(shù)值作為初始輸入輸出功率不再進(jìn)行二次微放電模擬過(guò)程進(jìn)行模擬，否則不再繼續(xù)當(dāng)前輸入功率下的微微波放電模擬過(guò)程進(jìn)行模擬。如此不斷反復(fù)循環(huán)，直至兩次放電模擬的輸出功率相對(duì)誤差可以滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)置輸出精度值的要求，輸出達(dá)到微放電閾值。

1.1 電磁場(chǎng)計(jì)算

原有的軟件在進(jìn)行模擬微電子放電計(jì)算過(guò)程時(shí)實(shí)時(shí)自動(dòng)更新模擬電磁場(chǎng)，即模擬電子磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)與模擬電磁場(chǎng)結(jié)合計(jì)算間相互進(jìn)行耦合，時(shí)間線(xiàn)的步長(zhǎng)不會(huì)受到在穩(wěn)定環(huán)境條件下的限制，而在模擬微放電過(guò)程演變初期，自洽場(chǎng)對(duì)系統(tǒng)計(jì)算微電子放電過(guò)程讀取數(shù)值時(shí)的影響較小因故可忽略不計(jì)，基于這一設(shè)計(jì)思想，將通過(guò)求解后的電磁場(chǎng)計(jì)算模塊與模擬電子運(yùn)動(dòng)軌跡結(jié)合計(jì)算對(duì)兩模塊之間的過(guò)去進(jìn)行耦合，這無(wú)疑就是可以有效節(jié)省大量系統(tǒng)計(jì)算工作量，提高系統(tǒng)計(jì)算工作效率。本文主要采用軟件分析計(jì)算了在微波輻射器件應(yīng)用中的時(shí)域電磁場(chǎng)頻率分布，目前證明該軟件僅僅具有對(duì)于輸出頻域場(chǎng)以及其在單位時(shí)間周期內(nèi)的輸入時(shí)域內(nèi)部電磁場(chǎng)的計(jì)算功能，考慮到輸入時(shí)域內(nèi)的電磁場(chǎng)在存儲(chǔ)以及用于讀取時(shí)域的計(jì)算機(jī)用量非常大而且需要消耗大量使用計(jì)算機(jī)中的內(nèi)存，本文通過(guò)選取頻域內(nèi)的電磁場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在使用粒子輻射推進(jìn)器的過(guò)程中將其進(jìn)行轉(zhuǎn)換而成為輸出時(shí)域內(nèi)的電磁場(chǎng)。

1.2 閾值判據(jù)

依據(jù)求解平均值的二次電子能量發(fā)射數(shù)目系數(shù)，前者主要目的是通過(guò)觀(guān)察二次粒子發(fā)射數(shù)目測(cè)量曲線(xiàn)閾值是否已經(jīng)呈當(dāng)前指數(shù)變化趨勢(shì)，若當(dāng)前指數(shù)變化因子閾值大于1，則可以表明當(dāng)前粒子功率已經(jīng)大于當(dāng)前閾值中的功率，發(fā)生微能量放電。若微波呈現(xiàn)小指數(shù)功率衰減，則可能為不良微放電；后者主要目的是通過(guò)依據(jù)平均值的二次電子微波發(fā)射功率系數(shù)讀值是否已經(jīng)大于1來(lái)幫助判斷二次微放電現(xiàn)象是否正常發(fā)生，若系數(shù)大于1，則可能說(shuō)明該發(fā)射功率已經(jīng)大于當(dāng)前讀值發(fā)射功率，否則，當(dāng)前讀值功率可能過(guò)小。本文基于第一種確定讀值參數(shù)判斷計(jì)算方法，通過(guò)對(duì)讀值數(shù)據(jù)與模擬數(shù)組合后的確定讀值指數(shù)進(jìn)行因子掃描實(shí)現(xiàn)小型微放大器電讀值自動(dòng)相適應(yīng)因子掃描參數(shù)計(jì)算。

在綜合數(shù)據(jù)表征擬算綜合計(jì)算過(guò)程中，通常都會(huì)采用R（表征確定綜合系數(shù)）作為表征確定數(shù)據(jù)值以擬算綜合過(guò)程效果的確定好壞。在開(kāi)始定義該測(cè)量參數(shù)之前，需要分別介紹另外三個(gè)擬合物理測(cè)量參數(shù)SSR、SET以及SSRS，其中，SSRS則代表計(jì)算預(yù)測(cè)擬合數(shù)據(jù)與原始擬合數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)均值之差的兩個(gè)平方和。

2 模型驗(yàn)證

應(yīng)用上述計(jì)算方法分別進(jìn)行計(jì)算兩個(gè)阻抗濾波變換器與兩個(gè)同軸電子腔體阻抗濾波器的微電和放電參數(shù)讀值，并將其與相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，模型材料中的一次金屬材料選取采用一次金屬gvag發(fā)射材料，二次電子信號(hào)發(fā)射器的模型材料選取為gvaug發(fā)射模型。

2.1 階梯阻抗變換器

為了充分驗(yàn)證該研究方法的理論正確性，以新型階梯電壓阻抗控制變換器為主要研究實(shí)驗(yàn)對(duì)象，階梯電壓阻抗控制變換器的值是幾何基本結(jié)構(gòu)。

2.2 同軸腔體濾波器

以典型同軸矩形腔體模型濾波器為主要研究實(shí)驗(yàn)對(duì)象，同軸矩形腔體模型濾波器描述幾何模型結(jié)構(gòu)，描述該腔體模型的主要幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)和排列。設(shè)置起始工作頻率范圍為0.34GHz，起始工作功率范圍為6W，給定頻率求解條件精度3%。

結(jié)論：本文基于數(shù)學(xué)二分法以及基于數(shù)據(jù)庫(kù)的擬合算術(shù)方法成功實(shí)現(xiàn)了兩種微放電信號(hào)讀取取值不同功率自動(dòng)對(duì)比計(jì)算，采用該計(jì)算方法分別自動(dòng)模擬了新型阻抗微波變換器與新型同軸微波腔體放電濾波器兩種微波變換器件的微小波放電讀值過(guò)程，并將不同讀值功率結(jié)果與不同實(shí)驗(yàn)室的閾值結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)對(duì)比。結(jié)果表明，二者的主要計(jì)算方法結(jié)果幾乎一致，本文主要提出的計(jì)算方法不僅可以廣泛用于精確計(jì)算各種微波掃描器件中的微放大機(jī)電閾率的值數(shù)和功率并且它還可以用于實(shí)現(xiàn)自定義適應(yīng)微波掃描。