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《介质表面高功率微波击穿的数值模拟！》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第0(卷第0期#%%’年0月物理学报1P9/0(，OP/0，.7Q，#%%’!%%%-)#’%K#%%’K0（(%0）K)#4(-%4L,ML*D3N+,LN+O+,L!#%%’,J8B/*JQ>/NP:/"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""介质表面高功率微波击穿的数值模拟!!）"!）#）蔡利兵王建国!）（西北核技术研究所，西安$!%%#&）#）（西安交通大学电子与信息工程学院，西安$!%%&’）（#%%(年$月#&日收到；#%%(年’月#)日收到修改稿）研
2、究了用于模拟高功率微波条件下介质表面击穿的静电*+,-.,,模型，并通过自行编写的数值模拟程序模拟了真空及不同气压条件下介质表面击穿过程中的次级电子倍增和气体电离等过程/模拟结果发现，在真空及低气压条件下，电子的主要来源是次级电子倍增，电子数量以两倍于入射场的频率振荡；在高气压情况下，电子的主要来源是气体电离/关键词：介质表面击穿，高功率微波，数值模拟，次级电子倍增!"##：0#(%1，)##%2，0#(%3!C引言由于高功率微波（D*.）在工业和军事领域具有重要的应用前景，许多国家都在大力发展D*.技术/D*.得到应用的前提之一是提高发射馈源的
3、功率容量/目前，D*.朝着高功率或长脉冲的方向发展，随着功率的增长和脉冲宽度的增加，D*.更容易引起馈源介质窗表面的击穿/介质表面的D*.击穿中包含很多基本的物理现象，如场致电子发射、次级电子发射、放气现象和气体击穿等，其击穿的具体图!介质表面高功率微波击穿模型步骤为：!）场致发射提供种子电子；#）次级电子发射制等问题，通过采用一维静电*+,（G7H?8:9@-8B-:@99）和雪崩和次级电子倍增快速增长达到饱和；)）电子激［#，)］蒙特卡罗碰撞（.,,）方法，简称*+,-.,,方法，发放气或加热蒸发现象发生；&）界面上发生释放气引用17=IJ7
4、B提出的关于次级电子发射的经验公［!］体中的气体击穿/其中第#）和第)）步有重叠/式［&］，模拟击穿过程中的次级电子倍增和气体电离在介质表面D*.击穿过程中，次级电子倍增放等问题/研究模型如图!所示，其中入射场沿!方电起着至关重要的作用，抑制击穿也主要在场致发向，入射电场平行于介质表面，击穿发生在介质入射射和电子倍增阶段，气体电离则是击穿的最终原因，场一侧的表面/而对于放气过程，目前还缺乏定量的了解，因此本文0主要模拟从真空到%C!07?6（!7?6E!C%!)#0F!%#C基本原理*7）下的次级电子倍增放电和气体电离过程/同时，由于电子在射频场
5、中的运动时间、从射频场中获得$%&%!’#()##模型的能量以及在介质表面的能量沉积主要由垂直于介质表面方向的直流静电场决定，考虑到计算资源限*+,模拟是在高速计算机上通过跟踪大量微观!国家高技术研究发展计划（(4)）资助的课题/"通讯联系人/5-6789：:9;<6789/=>?:/@A=/:B!期蔡利兵等：介质表面高功率微波击穿的数值模拟1&5G带电粒子在它们的自洽场和外加电磁场作用下的运入射粒子的速度、相互作用的碰撞截面和时间步长动，再对其进行统计平均，得到宏观物理特性和运动都有关"因为);*总是成立的，即假定一个时间步［!］规律的一种数值
6、模拟方法"#$%模拟直接采用原长内，只发生一次碰撞，所以对!!大小有一定要始的粒子描述，如位置、速度等"#$%模拟包括静电求"经过计算，通常满足%<=.>?6条件的时间步长是模型、静磁模型和电磁模型"考虑到静电作用在整个符合要求的"当存在多种碰撞时，单独某种碰撞的概次级电子倍增过程中的重要作用，以及整个过程中率为入射电磁波基本上没有变化，本文拟采用#$%模拟$(%（6&$）*$!!$()$(’)$’)$"（5）的一维静电模型，其基本方程如下：$7%（6&$）*$!!$7!在每个#$%推进时间步长内，对于每一个源粒&"，（*）!’(#)子（以第$个
7、源粒子为例），用随机数发生器产生一!!+,’(!，（&）个)到*之间的随机数+*，如果+*小于总碰撞概+率（第$个源粒子的总碰撞概率为)$），则源粒子与""’#（!+,-!./-"0#），（1）+!靶粒子一定发生一次碰撞"再产生一个)到*之间+$’"，（2）的随机数+&，由+&所处的范围来决定该碰撞是’+!种碰撞中的哪一种碰撞，使得落在第(个范围内的其中，!是电势，!是电荷产生的静电场强度，!+,./概率等于相对碰撞截面$(@$7"是入射射频电场强度，#是入射磁场强度，为电荷"密度，$和"分别为粒子的位移和速度，"和#分别!"!"次级电子发射表示
8、电子的质量和电量，#是真空电容率")次级电子发射是由于“初始”电子的碰撞而从固#$%34%%是蒙特卡罗碰撞模型在#$%方法中的［A］体中
