在横磁电磁场模式下抑制介质表面二次电子倍增的方法技术

本发明专利技术公开一种在横磁电磁场模式下抑制介质表面二次电子倍增的方法，所述方法包括：根据二次电子发射产额曲线的第一交叉点，确定磁场的回旋频率，二次电子发射产额曲线由介质表面材料确定；根据磁场的回旋频率，在介质表面施加磁场，介质表面为周期性介质表面，磁场满足：磁场的磁力线平行；磁场的回旋频率在预设范围内均匀；磁场的方向垂直于横磁电磁场模式的法向电场方向、平行于横磁电磁场模式的切向电场方向以及平行于介质表面。本发明专利技术的方法通过采用周期性介质表面，并在周期性介质表面施加磁场的手段，使得在不同电场条件下，本发明专利技术的方法都能够对介质表面二次电子的倍增起到一定的抑制效果，并且随着电场场强的提高，抑制效果更好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高功率微波
，具体涉及一种在横磁电磁场模式下抑制介质表面二次电子倍增的方法。
技术介绍
高功率微波(High Power Microwave，HPM)是指峰值功率超过100MW，频率在1GHz～300GHz范围内的电磁辐射。HPM在科研、民用和国防领域具有非常广阔的应用前景。随着高功率微波器件的峰值功率和脉冲宽度的提高，特别是大功率、小型化微波装置的研制，位于真空中的介质表面(简称真空介质表面)击穿已经成为限制高功率微波传输与发射系统功率提高的主要瓶颈。真空介质表面击穿的过程是：在真空介质表面，由于二次电子倍增，触发了气体层中的等离子体电离雪崩放电，从而击穿真空介质表面。提高真空介质表面的抗击穿性能的一种重要手段是对介质表面进行处理，国内外研究者如日本KEK学者通过氮化钛薄膜有效降低了二次电子发射产额，改善了绝缘体材料的表面性能。但是，现有的对介质表面进行处理的技术存在的问题是：抑制介质表面二次电子倍增的效果较低(即提高介质表面微波击穿阈值的幅度不大)、可靠性不高或介质表面寿命短。通过将真空介质表面制作为周期性表面可以抑制平行于介质表面的微波电场的切向电场分量引发的二次电子倍增，有效提高介质表面微波击穿阈值。但是，周期性表面对垂直于介质表面的微波电场的法向电场分量导致的二次电子倍增没有抑制、反而有增强作用。通过谐振磁场可以抑制介质表面的二次电子倍增，有效提高介<br>质表面微波击穿阈值。但是，对于同时具有微波电场的切向电场分量和法向电场分量的电磁波情况，例如横磁电磁场模式(TM模式)，谐振磁场难以同时垂直于两个电场分量，难以抑制二次电子倍增。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是在横磁电磁场模式下，现有的抑制介质表面二次电子倍增的技术无法抑制二次电子倍增的问题。为此目的，本专利技术提出一种在横磁电磁场模式下抑制介质表面二次电子倍增的方法，所述方法包括：根据二次电子发射产额曲线的第一交叉点，确定磁场的回旋频率，所述二次电子发射产额曲线由介质表面材料确定；根据所述磁场的回旋频率，在介质表面施加磁场，所述介质表面为周期性介质表面，所述磁场满足：磁场的磁力线平行；磁场的回旋频率在预设范围内均匀；磁场的方向垂直于横磁电磁场模式的法向电场方向、平行于横磁电磁场模式的切向电场方向以及平行于所述介质表面。可选的，所述周期性介质表面的周期尺寸根据微波波长确定。可选的，所述周期性介质表面的周期尺寸小于微波波长的1/30。可选的，所述周期性介质表面的剖面的形状为三角形、梯形或圆弧形。可选的，所述磁场的回旋频率Ω满足Ω＝(1～2)ω，其中，ω为微波角频率。相比于现有技术，本专利技术的在横磁电磁场模式下抑制介质表面二次电子倍增的方法通过采用周期性介质表面，并在周期性介质表面施加磁场的手段，使得在不同电场条件下，本专利技术的方法都能够对介质表面二次电子的倍增起到一定的抑制效果，并且随着电场场强的提高，本专利技术的方法对介质表面二次电子的倍增的抑制效果更好。附图说明图1示出了一种在横磁电磁场模式下抑制介质表面二次电子倍增的方法流程图；图2示出了在均匀介质表面加载TM01模式的圆柱波导的剖面；图3示出了在均匀介质表面加载TM01模式的圆柱波导的截面；图4(a)～(d)示出了平面介质表面与周期性介质表面在不同电场条件下倍增的二次电子电荷密度随归一化时间t/T的变化结果对比；图5(a)～(d)示出了施加不同切向磁场的平面介质表面在不同电场条件下倍增的二次电子电荷密度随归一化时间t/T的变化结果对比；图6(a)～(d)示出了施加不同磁场的平面介质表面与周期性介质表面在不同电场条件下倍增的二次电子电荷密度随归一化时间t/T的变化结果对比。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本实施例公开一种在横磁电磁场模式下抑制介质表面二次电子倍增的方法，所述方法可包括以下步骤：S1、根据二次电子发射产额曲线的第一交叉点，确定磁场的回旋频率Ω，磁场的回旋频率Ω满足Ω＝(1～2)ω，即Ω为ω的1至2倍，其中，ω为微波角频率，二次电子发射产额曲线由介质表面材料确定；S2、根据磁场的回旋频率，在介质表面施加磁场，其中，介质表面为周期性介质表面，磁场满足以下三个条件：磁场的磁力线平行；磁场的回旋频率在预设范围内均匀；磁场的方向垂直于横磁电磁场模式的法向电场方向(即微波电场的法向电场分量En的方向)、平行于横磁电磁场模式的切向电场方向(即微波电场的切向电场分量Et的方向)以及平行于介质表面。在具体应用中，周期性介质表面的周期尺寸根据微波波长确定，可使周期性介质表面的周期尺寸小于微波波长的1/30。周期性表面能改变电子的轨迹、渡越时间和能量。如图2所示的在均匀介质表面加载TM01模式的圆柱波导的剖面，在圆柱的直径范围内，施加的磁场均匀，圆柱的直径>35cm，本实施例中，周期性介质表面的剖面的形状为三角形。施加在介质表面的磁场结合微波电场Erf，在Erf×B作用下共同加速电子，并控制电子的渡越时间τ，使得电子的渡越时间τ满足τ<T/2，T为微波的周期，B为磁场的磁感应强度，由于磁场的回旋频率Ω满足Ω＝(1～2)ω，所以B＝(0.036～0.072)f，f是微波的频率，不失一般性，f＝10GHz，则B＝0.036～0.072(Tesla)。磁场回旋频率Ω决定了电子的渡越时间τ，电子的渡越时间τ基本不随微波电场强度变化。不失一般性，t＝0时刻，当三角形的第一面发射电子时，法向电场力Fn方向向上(与图2中微波电场的法向电场分量En的方向相反，图2中虚线z表示垂直于纸面的轴)、切向电场力Ft方向向左(与图2中微波电场的切向电场分量Et的方向相反)。经过电子的渡越时间τ后，当发射电子碰撞相邻三角形的第二面时，τ<T/2，法向电场力Fn方向向上，切向电场力Ft方向向左，Fn和Ft均提供回复力，因此在相邻三角形第二面新产生的二次电子e受到回复力，被快速拉回相邻三角形的第二面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在横磁电磁场模式下抑制介质表面二次电子倍增的方法，其特征在于，所述方法包括：根据二次电子发射产额曲线的第一交叉点，确定磁场的回旋频率，所述二次电子发射产额曲线由介质表面材料确定；根据所述磁场的回旋频率，在介质表面施加磁场，所述介质表面为周期性介质表面，所述磁场满足：磁场的磁力线平行；磁场的回旋频率在预设范围内均匀；磁场的方向垂直于横磁电磁场模式的法向电场方向、平行于横磁电磁场模式的切向电场方向以及平行于所述介质表面。

【技术特征摘要】
1.一种在横磁电磁场模式下抑制介质表面二次电子倍增的方
法，其特征在于，所述方法包括：
根据二次电子发射产额曲线的第一交叉点，确定磁场的回旋频
率，所述二次电子发射产额曲线由介质表面材料确定；
根据所述磁场的回旋频率，在介质表面施加磁场，所述介质表
面为周期性介质表面，所述磁场满足：磁场的磁力线平行；磁场的
回旋频率在预设范围内均匀；磁场的方向垂直于横磁电磁场模式的
法向电场方向、平行于横磁电磁场模式的切向电场方向以及平行于

【专利技术属性】
技术研发人员：常超，李爽，孙钧，郭乐田，武晓龙，谢佳玲，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61