專(zhuān)利名稱(chēng)：一種確定多載波微放電二次電子數(shù)目的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明于微波領(lǐng)域，涉及一種確定微波部件多載波微放電二次電子數(shù)目的方法。
背景技術(shù)：
目前大多數(shù)衛(wèi)星都工作在多載波模式，通信衛(wèi)星收發(fā)系統(tǒng)雙工器的濾波器是信號(hào)傳輸?shù)墓餐ǖ?，并且處于高諧振狀態(tài)，存在多載波信號(hào)激勵(lì)下微放電的分析與設(shè)計(jì)問(wèn)題。多載波微放電分析不同于單載波情形最重要的區(qū)別在于，激勵(lì)信號(hào)的幅度并不是恒定的，是隨著初始相位的不同隨時(shí)間快速變化的?？臻g微波部件中電子數(shù)目并非隨時(shí)間單調(diào)變化，二次電子累積曲線易出現(xiàn)較大的抖動(dòng)，嚴(yán)重干擾了微放電閾值的定量分析。目前進(jìn)行多載波微放電設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是P20理論，即采用傳輸信號(hào)的等效電壓 作為單載波信號(hào)進(jìn)行部件設(shè)計(jì)，并采取單頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。國(guó)內(nèi)外的研究表明，基于P20理論存在嚴(yán)重的部件過(guò)設(shè)計(jì)問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證也只是驗(yàn)證單載波設(shè)計(jì)是否合理。隨著星上幅度的進(jìn)一步提高，以及在固定平臺(tái)上提高載荷比重的進(jìn)一步需求，對(duì)多載波微波部件微放電分析與小型化設(shè)計(jì)提出了更高要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種確定多載波微放電二次電子數(shù)目的方法，可以在有限的樣本基礎(chǔ)上獲得任意多載波合成信號(hào)的二次電子數(shù)目特性。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種確定多載波微放電二次電子數(shù)目的方法，步驟如下(I)采用幅度不同但頻率相同的單載波信號(hào)作為激勵(lì)信號(hào)，計(jì)算不同激勵(lì)信號(hào)作用時(shí)待分析微波部件中的二次電子數(shù)目；所述的頻率為待分析多載波信號(hào)中的最小頻率fmin，對(duì)應(yīng)角頻率為《min ;(2)對(duì)步驟(I)獲得的二次電子數(shù)目進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，獲得電子累積速率與激勵(lì)信號(hào)幅度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，由此得到不同激勵(lì)信號(hào)作用時(shí)的電子累積速率曲線；(3)對(duì)待分析多載波信號(hào)進(jìn)行合成得到多載波合成信號(hào)，并以零點(diǎn)進(jìn)行離散，從0時(shí)刻開(kāi)始，記多載波合成信號(hào)的第i個(gè)零點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間為i = 0，1，2. . . N，tN彡ts，ts為
m
多載波微放電分析時(shí)間；所述的多載波合成信號(hào)采用表達(dá)式=+ 描述，
7=1
其中m為多載波的載波數(shù)，a]為第j路載波的幅度，COj為第j路載波的角頻率，％為第j路載波的初始相位，j = 1、2、3......m, t為時(shí)間變量，V(t)為多載波合成信號(hào)的幅度；(4)選取從時(shí)間tn_i到tn兩個(gè)零點(diǎn)之間的多載波合成信號(hào)，n = 1，2. . . N，將tn_i到、時(shí)間內(nèi)多載波合成信號(hào)作用下的電子數(shù)目累積效應(yīng)等效為一個(gè)角頻率為Omin的單載波信號(hào)Vn sin(cofflint)在T/2時(shí)間內(nèi)的作用結(jié)果，由此得到等效單載波信號(hào)的幅度Vn，T為等效單載波信號(hào)Vn sin(cofflint)的周期；
(5)對(duì)于每?jī)蓚€(gè)零點(diǎn)之間的時(shí)間子區(qū)間，利用步驟⑷得到的等效單載波信號(hào)的幅度Vn，在步驟(2)中得到的電子累積速率曲線上進(jìn)行查找，得到與等效單載波信號(hào)的幅度Vn對(duì)應(yīng)的電子累積速率vn，由此得到每個(gè)時(shí)間子區(qū)間結(jié)束時(shí)的電子數(shù)目Fn滿足小(Fn)=小(Flri^vn 4/2,其中Flri為時(shí)間子區(qū)間開(kāi)始時(shí)的電子數(shù)目，F(xiàn)n為時(shí)間子區(qū)間結(jié)束時(shí)的電子數(shù)目，Cj5為步驟(2)中的數(shù)學(xué)處理函數(shù)；(6)對(duì)步驟(5)的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由此得到待分析微波部件在多載波合成信號(hào)激勵(lì)下時(shí)間\時(shí)的二次電子數(shù)目Fi, i = 0，1，2. ..N。所述的等效單載波信號(hào)在T/2時(shí)間內(nèi)的能量與計(jì)算子區(qū)間內(nèi)的多載波信號(hào)的能量相等或者信號(hào)幅度對(duì)時(shí)間的積分相等。所述的等效單載波信號(hào)的幅度￥ 對(duì)應(yīng)的電子累積速率Vn通過(guò)插值獲得，所述的初始電子數(shù)目Fci為大于0的整數(shù)。所述的數(shù)學(xué)處理為求取電子累積數(shù)目的對(duì)數(shù)。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明方法以單載波信號(hào)激勵(lì)下二次電子累積曲線為基礎(chǔ)，把不同時(shí)刻的多載波信號(hào)采用單載波信號(hào)進(jìn)行近似，進(jìn)行二次電子的累積分析，從而獲得特定相位多載波信號(hào)激勵(lì)下的二次電子數(shù)目，可用于分析微波部件多載波微放電閾值。利用本發(fā)明方法，可以快速獲得多載波信號(hào)激勵(lì)微波部件中電子數(shù)目累積曲線，目前多載波微波部件微放電最壞狀態(tài)無(wú)法確定，微波部件廣泛存在微放電過(guò)設(shè)計(jì)問(wèn)題，本發(fā)明提供了多載波信號(hào)激勵(lì)下微波部件內(nèi)電子數(shù)目的確定方法，在有限的樣本基礎(chǔ)上可獲得任意多載波合成信號(hào)的電子數(shù)目特性，解決了微放電最壞狀態(tài)分析的問(wèn)題，有著實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。


圖I為本發(fā)明方法的流程框圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的仿真對(duì)象示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中不同幅度單載波信號(hào)激勵(lì)時(shí)電子數(shù)目；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中不同幅度單載波信號(hào)激勵(lì)時(shí)電子數(shù)目(對(duì)數(shù)形式)；圖5為本發(fā)明實(shí)施例中不同幅度時(shí)電子的增長(zhǎng)速率；圖6為本發(fā)明實(shí)施例中相位分布為
的多載波合成信號(hào)不意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例中相位分布為
多載波信號(hào)激勵(lì)時(shí)的粒子仿真結(jié)果與采用本發(fā)明方法獲得的結(jié)果比較圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，為本發(fā)明方法的流程圖，其主要步驟如下(I)針對(duì)待分析結(jié)構(gòu)(任意形狀微波部件)采用待分析多載波中的最小頻率，以不同幅度的單載波信號(hào)作為激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行粒子模擬(PIC Particle-in-cell)或者近似計(jì)算，獲得不同幅度單載波信號(hào)激勵(lì)下的二次電子數(shù)目。(2)把步驟⑴獲得的二次電子數(shù)目采用數(shù)學(xué)處理(如對(duì)數(shù)處理)，獲得電子累積速率與單載波信號(hào)幅度Vn之間的關(guān)系。
(3)把不同信號(hào)幅度單載波信號(hào)激勵(lì)時(shí)電子的累積速率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，獲得不同單載波信號(hào)幅度時(shí)的電子累積速率曲線。
m(4)多載波合成信號(hào)為印) =+ 其中m為多載波的載波數(shù)， 為
M
第j路載波的幅度，'為第j路載波的角頻率，％為第j路載波的初始相位，j = 1、2、
3......m，將合成多載波信號(hào)以零點(diǎn)進(jìn)行離散，從0時(shí)刻開(kāi)始，記多載波合成信號(hào)的第i個(gè)
零點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間為i = 0，1，2. . . N，N滿足tN ( ts，ts為多載波微放電分析時(shí)間，采用如下步驟進(jìn)行疊加 (4. l)n = I ;設(shè)定0時(shí)刻的初始電子數(shù)目為F。(大于0的任意整數(shù))；(4. 2)tn_i時(shí)刻電子數(shù)目為Flri，對(duì)于時(shí)間V1到tn內(nèi)的多載波合成信號(hào)，確定其單載波彳目號(hào)sin (comint)的等效幅度Vn ;(4. 3)將時(shí)間V1到tn內(nèi)的多載波信號(hào)的等效幅度Vn作為單載波信號(hào)幅度，在步驟⑶所得電子累積速率曲線查得對(duì)應(yīng)的電子累積速率Vn，則時(shí)刻、的電子數(shù)目Fn滿足小(Fn)=小(Fn^1)+Vn T/2，其中T為單載波信號(hào)Sin( mint)的周期，記錄時(shí)刻n的電子數(shù)目Fn;(4. 4)n = n+1,當(dāng)n彡N時(shí)轉(zhuǎn)到步驟(5),否則轉(zhuǎn)入(4. 2)進(jìn)行循環(huán)；(5)對(duì)所分析時(shí)間長(zhǎng)度為ts的多載波合成信號(hào)，即可獲得了微波部件中時(shí)間\時(shí)的二次電子數(shù)目Fi, i = 0，1，2. . .N。實(shí)施例(I)針對(duì)如圖2所示的Imm厚度平行平板結(jié)構(gòu)采用5路載波進(jìn)行實(shí)施，5路載波頻率分別為 fl = IGHz，f2 = I. 04GHz, f3 = I. 08GHz, f4 = I. 12GHz 和 f5 = I. 16GHz，載波幅度S1 = a2 = a3 = a4 = a5 = 18V, 5路載波的初始相位分別為約=O0 ,(p2 = 75° ,<p3 =150° ,^4=75° ,(P5=O0，其中的最小頻率fmin = IGHz,以不同幅度的單載波信號(hào)作為激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行粒子模擬(PIC Particle-in-cell)，獲得不同幅度單載波信號(hào)激勵(lì)下的電子累積數(shù)目。仿真結(jié)果如圖3所示。(2)對(duì)于第一步獲得的電子數(shù)目采用數(shù)學(xué)處理，獲得電子數(shù)目隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。這里數(shù)學(xué)函數(shù)具體為0(Fn) =lOgl0(Fn)。如圖4所示，可以獲得電子累積速率與信號(hào)幅度Vn之間的關(guān)系。(3)把不同信號(hào)幅度下電子的累積速率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，獲得不同幅度下電子累積速率曲線。對(duì)于前面的Imm厚度平行板結(jié)構(gòu)，單載波為f-時(shí)，不同單載波幅度下所對(duì)應(yīng)的電子累積速率如圖5所示。縱軸表示累積速率，橫軸為單載波信號(hào)幅度，速率為負(fù)時(shí)，平行板內(nèi)的電子數(shù)目減少；速率為正時(shí)，平行板結(jié)構(gòu)內(nèi)的電子數(shù)目將增加。
m(4)通過(guò)RO =乏+ 獲得多載波合成信號(hào)，其中m = 5，Bj為第j路
7=1
載波的幅度，= 2 A為第j路載波的角頻率，％為第j路載波的初始相位，j = 1、2、
3......m，將合成多載波信號(hào)以零點(diǎn)進(jìn)行離散，從0時(shí)刻開(kāi)始，記多載波合成信號(hào)的第i個(gè)
零點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間為i = 0，1，2...N，N滿足tN< ts，ts = 50ns，采用如下步驟進(jìn)行疊加(4. I)初始化n = 1，初始電子數(shù)目F。= 1000(4. 2) V1時(shí)刻電子數(shù)目為Fm。對(duì)于時(shí)間V1到tn內(nèi)，定義Pn=+設(shè)等效單載波信號(hào)的電壓幅度為Vn，等效單載波信號(hào)的幅度應(yīng)
( -i J=1 TH
滿足J Vn smico^dt =Pn,則等效電壓為Vn = PnCOmin/2，這里采用信號(hào)幅度對(duì)時(shí)間的積分來(lái) 0等效。(4. 3)則將時(shí)間V1到tn內(nèi)的信號(hào)等效幅度作為單載波幅度，在步驟⑶所得電子累積速率曲線查得此時(shí)對(duì)應(yīng)的電子累積速率Vn，則時(shí)刻n時(shí)的電子數(shù)目SFn滿足Iogltl (Fn)=Iog10 (Fn^1)+ (vn*T/2)。(4. 4)n = n+1,當(dāng)n彡N時(shí)轉(zhuǎn)到步驟(5),否則轉(zhuǎn)入(4. 2)進(jìn)行循環(huán)； (5)獲得時(shí)間\時(shí)的電子累積數(shù)目Fi, i = 0，1，2. N。采用本發(fā)明提出的計(jì)算空間微波部件中二次電子數(shù)目的計(jì)算方法可以快速獲得不同信號(hào)激勵(lì)下電子累積數(shù)目，圖6為本實(shí)施例中的多載波合成信號(hào)，橫軸為時(shí)間，縱軸為合成信號(hào)的幅度，合成時(shí)間為50ns ;圖7為初始相位為
的多載波合成信號(hào)激勵(lì)時(shí)，采用本發(fā)明所得二次電子數(shù)目(圖中近似計(jì)算結(jié)果)與采用粒子模擬仿真獲得的數(shù)目(圖中仿真結(jié)果)一致，橫軸為時(shí)間，縱軸為采用對(duì)數(shù)處理的二次電子數(shù)目，多載波微放電分析時(shí)間ts = 50ns。比較可以看出，本發(fā)明方法能夠確定多載波信號(hào)激勵(lì)時(shí)微波部件內(nèi)二次電子數(shù)目。本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種確定多載波微放電二次電子數(shù)目的方法，其特征在于步驟如下 (1)采用幅度不同但頻率相同的單載波信號(hào)作為激勵(lì)信號(hào)，計(jì)算不同激勵(lì)信號(hào)作用時(shí)待分析微波部件中的二次電子數(shù)目；所述的頻率為待分析多載波信號(hào)中的最小頻率fmin，對(duì)應(yīng)角頻率為Wmin ; (2)對(duì)步驟(I)獲得的二次電子數(shù)目進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，獲得電子累積速率與激勵(lì)信號(hào)幅度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，由此得到不同激勵(lì)信號(hào)作用時(shí)的電子累積速率曲線； (3)對(duì)待分析多載波信號(hào)進(jìn)行合成得到多載波合成信號(hào)，并以零點(diǎn)進(jìn)行離散，從O時(shí)刻開(kāi)始，記多載波合成信號(hào)的第i個(gè)零點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間為h，i = 0，1，2. ..N，tN< ts，ts為多載 m波微放電分析時(shí)間；所述的多載波合成信號(hào)采用表達(dá)式吖) =+ 描述，其中 y=im為多載波的載波數(shù)，a]為第j路載波的幅度，COj為第j路載波的角頻率，％為第j路載波的初始相位，j = 1、2、3......m, t為時(shí)間變量，V(t)為多載波合成信號(hào)的幅度； (4)選取從時(shí)間V1到tn兩個(gè)零點(diǎn)之間的多載波合成信號(hào)，n= 1，2. . . N，將V1到tn時(shí)間內(nèi)多載波合成信號(hào)作用下的電子數(shù)目累積效應(yīng)等效為一個(gè)角頻率為《min的單載波信號(hào)￥ sin(cofflint)在T/2時(shí)間內(nèi)的作用結(jié)果，由此得到等效單載波信號(hào)的幅度Vn，T為等效單載波信號(hào)Vn sin(cofflint)的周期； (5)對(duì)于每?jī)蓚€(gè)零點(diǎn)之間的時(shí)間子區(qū)間，利用步驟(4)得到的等效單載波信號(hào)的幅度Vn，在步驟(2)中得到的電子累積速率曲線上進(jìn)行查找，得到與等效單載波信號(hào)的幅度Vn對(duì)應(yīng)的電子累積速率vn，由此得到每個(gè)時(shí)間子區(qū)間結(jié)束時(shí)的電子數(shù)目Fn滿足小(Fn)=小(Flri^vn 4/2,其中Flri為時(shí)間子區(qū)間開(kāi)始時(shí)的電子數(shù)目，F(xiàn)n為時(shí)間子區(qū)間結(jié)束時(shí)的電子數(shù)目，Cj5為步驟(2)中的數(shù)學(xué)處理函數(shù)； (6)對(duì)步驟(5)的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由此得到待分析微波部件在多載波合成信號(hào)激勵(lì)下時(shí)間\時(shí)的二次電子數(shù)目Fi, i = 0，1，2. . .N。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種確定多載波微放電二次電子數(shù)目的方法，其特征在于所述的等效單載波信號(hào)在T/2時(shí)間內(nèi)的能量與計(jì)算子區(qū)間內(nèi)的多載波信號(hào)的能量相等或者信號(hào)幅度對(duì)時(shí)間的積分相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種確定多載波微放電二次電子數(shù)目的方法，其特征在于所述的等效單載波信號(hào)的幅度1對(duì)應(yīng)的電子累積速率Vn通過(guò)插值獲得，所述的初始電子數(shù)目Ftl為大于0的整數(shù)。
全文摘要
一種確定多載波微放電二次電子數(shù)目的方法，首先以不同幅度、待分析多載波信號(hào)中最小頻率的單路載波信號(hào)作為激勵(lì)信號(hào)，計(jì)算待分析微波部件中的二次電子數(shù)目，數(shù)學(xué)處理后得到不同激勵(lì)信號(hào)作用下的電子累積速率曲線。然后將多載波合成信號(hào)每?jī)蓚€(gè)相鄰零點(diǎn)之間的信號(hào)作為一個(gè)計(jì)算子區(qū)間，將各計(jì)算子區(qū)間中的多載波信號(hào)等效為具有特定幅度的多載波信號(hào)中最小頻率的單載波信號(hào)，通過(guò)查找電子累積速率曲線獲得與等效單載波信號(hào)幅度對(duì)應(yīng)的電子累積速率，將每?jī)蓚€(gè)相鄰零點(diǎn)之間多載波信號(hào)作用產(chǎn)生的電子數(shù)目進(jìn)行累積，可以得到各計(jì)算子區(qū)間結(jié)束時(shí)的電子數(shù)目，通過(guò)對(duì)上述結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以得到不同時(shí)刻多載波合成信號(hào)作用時(shí)待分析微波部件中的二次電子數(shù)目。
文檔編號(hào)H04L27/26GK102801680SQ201210253839
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月20日
發(fā)明者王新波, 崔萬(wàn)照, 夏亞峰, 殷新社, 冉立新, 申建華 申請(qǐng)人:西安空間無(wú)線電技術(shù)研究所