国家自然科学基金(11105018)
- 作品数：12 被引量：40H指数：4
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- 相关机构：北京应用物理与计算数学研究所中国航天北京微电子技术研究所更多>>
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- 两束高功率微波相交区域大气击穿的理论研究
- <正>近年来,虽然人们对单束高功率微波大气击穿的研究不断深入1-4,但相交束大气击穿产生等离子体的过程却很少被涉及到。本文将描述电磁波的Maxwell方程组和简化的等离子体流体方程组耦合数值求解,对相交高功率微波电离大气...
- 周前红董志伟
- 文献传递
- 高功率微波沿面闪络击穿机制粒子模拟被引量：9
- 2013年
- 针对高功率微波介质沿面闪络击穿物理过程,首先建立了理论模型,包括:动力学方程、粒子模拟算法、二次电子发射,以及电子与气体分子蒙特卡罗碰撞模型、电子碰撞介质表面退吸附气体分子机制;其次,基于理论模型,编制了1D3VPIC-MCC程序,分别针对真空二次电子倍增、高气压体电离击穿和低气压面电离击穿过程,运用该程序仔细研究了电子和离子随时间演化关系、电子运动轨迹、电子及离子密度分布、空间电荷场时空分布、电子平均能量、碰撞电子平均能量、碰撞电子数目随时间演化关系、电子能量分布函数、平均二次电子发射率以及能量转换关系。研究结果表明:真空二次电子倍增引发的介质表面沉积功率只能达到入射微波功率1%左右的水平,不足以击穿;气体碰撞电离主导的高气压体电离击穿,是由低能电子(eV量级)数目指数增长到一定程度导致的,形成位置远离介质表面,形成时间为μs量级;低气压下的介质沿面闪络击穿,是在二次电子倍增和气体碰撞电离共同作用下,由于数目持续增长的高能电子(keV量级)碰撞介质沿面导致沉积功率激增而引发的,形成位置贴近介质沿面,形成时间在ns量级。
- 董烨周前红董志伟杨温渊周海京孙会芳
- 关键词：高功率微波
- 雨滴对微波大气击穿过程的影响
- 将描述电磁波的Maxwell方程组和简化的等离子体流体方程组耦合数值求解,研究了雨滴对微波大气击穿过程的影响。由于雨滴介电常数的模远大于大气介电常数,故雨滴的存在可使局部场强增加到2倍（三维下为3倍）,从而降低大气击穿所...
- 周前红刘阳董志伟
- 关键词：雨滴
- 文献传递
- 110GHz微波电离大气产生等离子体过程的理论研究被引量：12
- 2011年
- 将描述电磁波的Maxwell方程组和简化的等离子体流体方程组耦合数值求解,对110GHz微波电离大气产生等离子体的过程进行了理论研究.研究发现:在高气压下等离子体成丝状;中等气压下等离子体先成丝状,在向微波源移动的过程中逐渐向连续的等离子体区域过渡;低气压下电离产生连续的等离子体区域.不同气压下等离子体区域都向微波源方向移动.初始电子数密度分布只影响放电初始阶段的等离子体区域形状,不会影响成丝与否.等离子体区域在垂直于电场方向和平行于电场方向的移动规律不同.当电场平行于计算平面时,由于沿着电场方向等离子体两端存在强场区,等离子体区域被拉长,在较低的气压下会出现等离子体丝阵.
- 周前红董志伟陈京元
- 关键词：大气电离
- 介质表面附近微波大气击穿的理论研究被引量：2
- 2015年
- 将麦克斯韦方程组和简化等离子体方程耦合求解,对介质表面附近大气击穿形成等离子体的过程进行了理论研究.分别使用一维、二维模型对等离子体的形成过程及等离子体对电磁波的反射、吸收过程进行了模拟研究.一维计算结果发现在ne=0,j=0两种边界条件下,虽然形成的等离子体密度分布相差较大,但二者得到的微波反射、吸收、透射波形彼此相差不大.初始电子数密度厚度为20 mm的条件下,得到界面附近的等离子体密度大于5 mm厚度的情况.二维计算结果发现,由于TE10模在波导中心位置处的微波电场最强,电子碰撞电离首先在中心位置处形成等离子体,当等离子体密度达到一定值(临界密度附近)时,波导中心介质表面处微波场强减小,等离子体区域沿着介质表面向两侧移动.TE10模在波导边缘处微波电场强度小于击穿阈值,因此等离子体区域不可能移动到波导边缘附近.
- 周前红董烨董志伟周海京
- 关键词：介质表面数值模拟
- 雨滴对微波大气击穿过程的影响
- 将描述电磁波的Maxwell方程组和简化的等离子体流体方程组耦合数值求解,研究了雨滴对微波大气击穿过程的影响。由于雨滴介电常数的模远大于大气介电常数,故雨滴的存在可使局部场强增加到2倍(三维下为3倍),从而降低大气击穿所...
- 周前红刘阳董志伟
- 关键词：雨滴
- 文献传递
- 氮气开关流柱形成过程的理论研究被引量：1
- 2015年
- 使用蒙特卡罗-粒子模拟方法对氮气开关中的流柱形成过程进行模拟,并结合计算结果对其进行理论分析.发现在流柱击穿发生前(即空间电荷场远小于本底电场),等离子体的电离频率、电子平均能量及其迁移速度等都近似为常数,因此可以解析求解电子数密度方程对等离子体的演化行为进行分析.在击穿发生后,随机碰撞过程会破坏初始等离子体区域分布的对称性,并出现分叉的等离子体区域结构.在放电过程中,随着等离子体密度增加,其内部基本保持电中性且电场不断减小,靠近阴阳极两端电荷分离产生的净电荷密度不断增加,场强也不断增加,且靠近阳极端的电荷密度(绝对值)和场强都大于阴极端.通过改变极板间电压发现,平均电子能量随极板间场强增加而增加,电子迁移速度随着场强近似线性增加,电离频率随场强的变化快慢介于E^4与E^5之间.
- 周前红董志伟简贵胄周海京
- 介质面刻槽抑制二次电子倍增蒙特卡罗模拟被引量：6
- 2013年
- 利用蒙特卡罗方法,针对介质表面刻槽抑制二次电子倍增的实验现象,进行了数值模拟研究。给出了二次电子倍增动力学方程、刻槽边界条件、二次电子初始能量与角度分布以及发射率分布关系;讨论了槽深、槽宽对二次电子倍增的抑制效果,以及同一刻槽结构对不同微波场强度和频率的二次电子倍增抑制能力;分析了双边二次电子倍增区域。数值研究结果表明:增加槽深、缩短槽宽可以抑制二次电子倍增;同一刻槽结构,更易于抑制高频场、场强较低或较高下的二次电子倍增;刻槽尺寸的选择还应避开双边二次电子倍增区间。将数值模拟结果与相关实验现象进行了对比,吻合得较好。
- 董烨董志伟杨温渊周前红周海京
- 关键词：高功率微波蒙特卡罗模拟
- 微波击穿大气电子温度与电子密度依存关系被引量：1
- 2014年
- 给出了描述高功率微波脉冲大气非线性传输及微波大气等离子体特征演化的方程组,并在以微波群速度运动的局域坐标系下完成程序编制。据此模拟分析了高功率微波大气长程非线性传输及自产生大气等离子体的基本物理过程,给出了在击穿建立过程中,电子数密度增长与电子温度升高之间的关系。模拟结果表明:由于大气层中本底自由电子数密度较低,高功率微波脉冲到达时会迅速地将大气中现有的自由电子加热至平衡温度,与之相比导致电子数密度雪崩式增长的击穿过程要缓慢得多,而且随着击穿过程的开始电子温度会从平衡温度快速下降。
- 董志伟周前红孙会芳张芳姜幼明陈雅深
- 关键词：微波大气击穿电子温度电子密度大气等离子体
- 高功率微波及材料特性参数对沿面击穿的影响被引量：3
- 2013年
- 为研究高功率微波及材料特性参数对介质沿面闪络击穿过程的影响,采用自编的1D3VPIC-MCC程序,通过粒子模拟手段,得到了电子与离子数目、电子及离子密度分布、空间电荷场时空分布、电子平均能量、放电功率、表面沉积功率、激发电离损耗功率、电离频率等重要物理量。结果表明:电离频率随场强增加而增加,达到饱和后缓慢下降,强场诱发的二次电子数目更多导致本底沉积功率增高;电离频率随频率减小而增加,达到饱和后缓慢下降,频率太高会抑制次级电子倍增;因此,低频强场下击穿压力较大;反射引发表面电场下降及磁场增加效应,降低表面场强虽使表面击穿压力下降,但磁场的增加会导致二次电子倍增起振时间缩短,且会增加器件内部击穿风险;圆极化相对线极化诱导二次电子数目更多、本底沉积功率更高,击穿风险增加;短脉冲产生电子、离子总数少,平均能量低,沉积功率低,击穿风险低于长脉冲;脉冲上升时间的缩短和延长,只会提前或推后击穿时间,并不会改善击穿压力;材料二次电子发射率的增加会给击穿造成巨大压力,表面光滑度对击穿过程影响不大;电离频率和电子平均能量随释气压强增加均先增加后减小,低气压二次电子倍增占优,高气压碰撞电离占优。
- 董烨董志伟周前红杨温渊周海京
- 关键词：高功率微波
