(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111554279.4 (22)申请日 2021.12.17 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 (72)发明人 翟永贵　王洪广　李永东　林舒　 彭敏　王瑞　李韵　陈坤　王柯　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 代理人 马贵香 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 具有微结构表面的介质材料微放电等效模 拟方法及系统 (57)摘要 具有微结构表面的介质材料微放电等效模 拟方法及系统， 采用3D建模软件建立具有微结构 表面的介质材料加载微波部件几何模型， 利用 CST微波工作室的频域求解器模型计算该微波部 件中的电磁场分布， 将获得的电磁场结果， 建立 具有微结构表 面的介质材料二次电子发射模型， 计算不同射频电场幅值和相位下的二次电子发 射系数曲线， 将模拟获得的具有微结构表面介质 材料的二次电子发射系数曲线等效结果加入到 微放电粒子模拟中， 建立了材料表 面微观尺度和 微波部件尺度关联的快速等效模拟方法， 利用该 方法， 方孔阵列微结构的二次电子发射系数曲线 和阈值随表 面形貌的变化规律， 获得通过对材料 表面进行刻槽处理， 有效降低材料的二次电子发 射系数， 提高微 放电阈值。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 114186432 A 2022.03.15 CN 114186432 A 1.具有微结构表面的介质材 料微放电等效模拟方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 建立具有微结构表面的介质材 料加载微波部件物理模型； 模拟具有微结构表面的介质材料加载微波部件内部的电磁场分布， 获得的电磁场结 果； 将微波部件的几何边界与网格剖分所 形成的六面体网格进行关联， 获得关联信息； 建立具有微结构表面的介质材 料二次电子发射模型； 建立介质材料表面微观尺度和微波部件尺度的相互关联， 包括将建立的具有微结构表 面的介质材 料二次电子发射模型加入到微 放电粒子模拟程序中； 电磁场结果和关联信息作为读入初始化文件 对程序进行初始化； 根据当前时刻粒子所在网格节点的时域电磁场插值求解粒子所在位置处 的电磁场 值， 求解牛顿洛伦兹力方程， 获得这一时间步长内的粒子运动轨迹， 进而更新当前时刻粒子位 置； 判断粒子是否与微波部件边界发生碰撞， 若发生碰撞则根据碰撞位置所在的三角形的 材料属性进行二次电子发射处 理， 否则继续推进粒子， 直至 仿真时间结束； 判断是否到达设定的仿真时间， 若到达则 仿真结束， 否则继续进行微放电过程模拟； 判 断当前功率与微放电阈值的关系， 若大于则降低输入功率并重复上述过程， 否则增加输入 功率， 直至获得微 放电阈值。 2.根据权利要求1所述的具有微结构表面的介质材料微放电等效模拟方法， 其特征在 于， 当碰撞的三角形的材料为金属则根据二次电子发射Vaughan或Furman模型确定出射电 子信息， 当三角形 的材料为介质， 根据建立的具有微结构表面的介质材料二次电子发射模 型进行边界处 理。 3.根据权利要求2所述的具有微结构表面的介质材料微放电等效模拟方法， 其特征在 于， 出射电子信息出射电子信息包括电子数目和速度。 4.根据权利要求1所述的具有微结构表面的介质材料微放电等效模拟方法， 其特征在 于， 得的电磁场结果保存在 “FD_Field.silo ”文件中； 关联信息保存在 “Conformal.silo ”文 件中。 5.根据权利要求1所述的具有微结构表面的介质材料微放电等效模拟方法， 其特征在 于， 采用3D建模 软件建立具有微结构的介质材料加载微波部件物理模型； 采用CST微波工作 室的频域 求解器计算微波部件内部的电磁场分布。 6.根据权利要求1所述的具有微结构表面的介质材料微放电等效模拟方法， 其特征在 于， 建立具有微结构表面的介质材料二次电子发射模型： 基于蒙特卡罗方法对微结构 中的 电子运动进行轨迹追踪计算， 统计从介质表面和微结构中返回到真空－介质交界面处的二 次电子数目。 7.根据权利要求6所述的具有微结构表面的介质材料微放电等效模拟方法， 其特征在 于， 建立具有微结构表面的介质材 料二次电子发射模型， 具体为： 1)在介质表面上方垂直注入一定数目固定能量的电子， 其电子位置在微结构表面服从 均匀分布； 2)计算粒子运动轨迹， 并根据电子运动轨迹判断粒子是否返回到真空－介质交界面 处， 若返回， 统计逃逸出的粒子数目， 否则去判断粒子与微结构边界是否发生碰撞， 若发生 碰撞， 根据粒子的碰撞 能量、 碰撞角度以及材料 的二次电子发射系 数曲线计算出射的二次权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114186432 A 2电子数目； 3)将新产生的二次电子加入到总的电子数目中， 然后再次计算电子运动轨迹， 否则继 续推进电子， 直至微结构中的电子数目减少到零 为止。 8.根据权利要求1所述的具有微结构表面的介质材料微放电等效模拟方法， 其特征在 于， 在进行微放电数值模拟之前， 首先采用建立的具有微结构表面的介质材料二次电子发 射模型分别计算不同射频电场幅值和相位下的二次电子发射系数曲线， 然后将获得的模拟 结果加入到微 放电粒子模拟程序中， 实现表面 微观尺度和微波部件尺度的相互关联。 9.具有微结构表面的介质材 料微放电等效模拟系统， 其特 征在于， 包括： 模型建立模块， 用于建立具有微结构表面的介质材 料加载微波部件物理模型； 初始文件获得模块， 用于模拟具有微结构表面的介质材料加载微波部件内部的电磁场 分布， 获得的电磁场结果； 将微波部件的几何边界与网格剖分所形成的六面体网格进行关 联， 获得关联信息； 二次电子发射模型建立模块， 用于建立具有微结构表面的介质材料二次电子发射模 型； 建立介质材料表面微观尺度和 微波部件尺度的相互关联， 包括将建立的具有微结构表 面的介质材 料二次电子发射模型加入到微 放电粒子模拟程序中； 初始化模块， 用于电磁场结果和关联信息作为读入初始化文件对程序进行初始化； 根 据当前时刻粒子所在网格节点的时域电磁场插值求解粒子所在位置处的电磁场值， 求解牛 顿洛伦兹力方程， 获得这 一时间步长内的粒子运动轨 迹， 进而更新当前时刻粒子位置； 判断模块， 用于判断粒子是否与微波部件边界发生碰撞， 若发生碰撞则根据碰撞位置 所在的三角形的材料属性进 行二次电子发射处理， 否则继续推进 粒子， 直至仿真时间结束； 判断是否到达 设定的仿 真时间， 若到达则仿 真结束， 否则继续进 行微放电过程模拟； 判断当 前功率与微放电阈值的关系， 若 大于则降低输入功 率并重复上述过程， 否则增加输入功 率， 直至获得微 放电阈值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114186432 A 3