本發(fā)明屬于高功率微波傳輸技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高功率微波傳輸波導擊穿實驗裝置及其測試腔以及利用該裝置研究擊穿問題的方法。

背景技術(shù)：

隨著高功率微波(highpowermicrowave，hpm)源的輸出功率逐步提高，hpm源內(nèi)部及傳輸波導中易發(fā)生強電磁場真空擊穿，導致hpm源輸出功率下降、脈寬縮短，這限制了hpm源的功率容量，大幅降低了hpm源的可靠性和壽命，成為hpm技術(shù)進步的瓶頸。因此，開展對hpm源及傳輸波導中強電磁場真空擊穿機理及抑制方法的研究十分迫切。

強電磁場真空擊穿是指真空中由于種子電子誘導而在強電磁場作用下發(fā)展起來的一種等離子體放電現(xiàn)象，涵蓋了種子電子產(chǎn)生、電子與強電磁場作用獲取能量、電子與材料作用產(chǎn)生等離子體以及等離子體與微波作用的全過程。強電磁場真空擊穿廣泛存在于高能加速器和hpm源中，擊穿導致的結(jié)構(gòu)破壞和產(chǎn)生的等離子體極大地破壞了器件的工作穩(wěn)定性，影響了器件的壽命。

目前，高能加速器中的強電磁場真空擊穿問題已經(jīng)得到了較為深入的研究，從上世紀90年代起，hpm源中的強電磁場真空擊穿問題逐漸得到關(guān)注，關(guān)于其研究主要借鑒了高能加速器中的相關(guān)理論。但是hpm源微波脈沖短，電磁場功率密度高，高頻結(jié)構(gòu)是低q腔，有強引導磁場，與高能加速器差異巨大，高能加速器中強電磁場真空擊穿的相關(guān)理論無法完全適用于hpm源，因此開展針對hpm源中的強電磁場真空擊穿研究十分必要。

由于hpm源高頻結(jié)構(gòu)內(nèi)部環(huán)境復(fù)雜，例如相對論返波管(relativisticbackwardwaveoscillator，簡稱rbwo)中存在軸向強引導磁場、二極管發(fā)出的強流相對論電子束等，且各高頻結(jié)構(gòu)的場分布不同，開展研究困難。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于對hpm源中的強電磁場真空擊穿問題研究的必要性和擊穿機理研究的困難，本發(fā)明提供了一種測試腔、hpm傳輸波導擊穿實驗裝置以及利用該裝置研究擊穿問題的方法。本發(fā)明選擇在傳輸波導段開展擊穿研究，一方面可獲得不同材料、不同表面態(tài)的擊穿閾值，為hpm源內(nèi)部和傳輸波導的擊穿閾值提供參考，同時材料和表面態(tài)的擊穿閾值規(guī)律研究可為提高擊穿閾值提供支撐；另一方面可研究擊穿中的電子發(fā)射和轟擊過程，分析擊穿基本機理。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

用于hpm傳輸波導擊穿實驗的測試腔，其特殊之處在于：所述測試腔為雙微波腔，包括兩個相同的反射腔；所述反射腔的內(nèi)腔為圓筒狀結(jié)構(gòu)，反射腔的半徑ra和寬度la滿足當測試腔內(nèi)注入tm01模式的電磁波時，反射腔內(nèi)激勵起的電磁波為tm020模式；沿反射腔軸向方向，反射腔內(nèi)電場分布非對稱，反射腔兩側(cè)場強幅值差至少為300kv/cm；

兩個反射腔通過第一直波導相連，兩個反射腔之間的距離lc為15-25mm；

兩個反射腔的自由端分別連接有長度均大于50mm的第二直波導和第三直波導；

所述第一直波導、第二直波導和第三直波導均為圓波導。

進一步地，上述反射腔的半徑ra為30.5-31.7mm，寬度la小于等于10mm。

進一步地，上述第二直波導和第三直波導的長度均為100mm。

進一步地，上述第一直波導、第二直波導和第三直波導的內(nèi)徑相等。

本發(fā)明同時提供了一種hpm傳輸波導擊穿實驗裝置，包括依次相連的微波源、第四直波導、第一耦合器、第五直波導、測試腔、第二耦合器；第四直波導和第五直波導均為圓波導；

其特殊之處在于：

所述第四直波導的長度至少為1m；

所述第五直波導的長度為0.8m-3.3m；

所述測試腔采用上述測試腔。

進一步地，上述第一直波導、第二直波導、第三直波導、第四直波導和第五直波導的內(nèi)徑相等。

進一步地，上述實驗裝置還包括依次連接在第二耦合器輸出端的模式轉(zhuǎn)換器和饋源喇叭。

本發(fā)明還提供了一種利用上述hpm傳輸波導擊穿實驗裝置研究擊穿問題的方法，包括以下步驟：

1)材料閾值獲?。?/p>

1.1)選取不同場強的n個測試腔，按照場強從小到大的順序?qū)y試腔依次編號，記為s1、s2、s3、……、sn；所述n個測試腔的整腔材料均相同；

1.2)利用模擬軟件獲取測試腔s1、s2、s3、……、sn的發(fā)射面的最高場強；

1.3)獲取電子發(fā)射閾值：

1.3.1)將測試腔s1安裝至擊穿實驗裝置中；

1.3.2)開展擊穿實驗；

1.3.3)觀察測試腔s1發(fā)射面和轟擊面的痕跡，若有痕跡，則測試腔s1發(fā)射面的最高場強即為發(fā)生大量電子發(fā)射的閾值；若無痕跡，執(zhí)行步驟1.3.4)；

1.3.4)用測試腔s2替換測試腔s1，返回步驟1.3.2)；

1.3.5)重復(fù)步驟1.3.1)-1.3.4)直至獲取發(fā)生大量電子發(fā)射的閾值；

1.4)獲取擊穿閾值：

1.4.1)利用將一段直波導替換擊穿實驗裝置的測試腔后，開展擊穿實驗，獲得輻射場波形后將所述直波導移除；

1.4.2)將測試腔s1安裝至擊穿實驗裝置中；

1.4.3)開展擊穿實驗，獲取輻射場波形；

1.4.4)將步驟1.4.3)獲得的輻射場波形與步驟1.4.1)獲得的輻射場波形進行對比，若脈寬有縮短，則擊穿閾值為測試腔s1發(fā)射面的最高場強；若脈寬無縮短，則執(zhí)行步驟1.4.5)；

1.4.5)用測試腔s2替換測試腔s1,返回步驟1.4.3)；

1.4.6)重復(fù)步驟1.4.3)-1.4.5)直至獲取擊穿閾值；

上述步驟中測試腔外加同一軸向磁場。

進一步地，上述方法還包括步驟：

2)材料優(yōu)選方法：

2.1)依次將發(fā)射面材料相同、轟擊面材料不同的m個測試腔安裝至擊穿實驗裝置中分別進行擊穿實驗，獲取這m個測試腔分別對應(yīng)的輻射場波形，輻射場波形的脈寬越窄則其對應(yīng)的測試腔的轟擊面材料的耐轟擊性能越差，輻射場波形的脈寬越寬則其對應(yīng)的測試腔的轟擊面材料的耐轟擊性能越好；

2.2)依次將發(fā)射面材料不同、轟擊面材料相同的x個測試腔安裝至擊穿實驗裝置中分別進行擊穿實驗，獲取這x個測試腔分別對應(yīng)的輻射場波形，輻射場波形的脈寬越窄則其對應(yīng)的測試腔的發(fā)射面材料的抑制電子發(fā)射性能越差，輻射場波形的脈寬越寬則其對應(yīng)的測試腔的發(fā)射面材料的抑制電子發(fā)射性能越好；

上述步驟2.1)和2.2)中，若擊穿實驗后某幾個測試腔對應(yīng)的輻射場波形的脈寬相同，不能區(qū)分材料性能時，可增大測試腔外加軸向磁場后，再次進行擊穿實驗，獲取輻射場波形后重新進行比較。

進一步地，上述步驟2)中發(fā)射面和轟擊面的材料均選用金屬材料。

本發(fā)明的有益效果：

1、本發(fā)明的測試腔為具有兩個反射腔的雙微波腔，微波在兩個反射腔內(nèi)來回反射，能形成諧振結(jié)構(gòu)獲得強場；反射腔的半徑ra和寬度la滿足使反射腔內(nèi)激勵起的電磁波為tm020模式；通過調(diào)整反射腔的半徑ra可獲得不同材料、不同表面態(tài)的電子發(fā)射閾值和擊穿閾值，為高功率微波源內(nèi)部和傳輸波導的擊穿閾值提供參考；由于反射腔兩側(cè)場強幅值差較大，所以反射腔內(nèi)存在發(fā)射面和轟擊面，能夠用于研究材料的發(fā)射性能和耐轟擊性能；通過調(diào)整反射腔的寬度la可使反射腔內(nèi)電子從發(fā)射面運動到轟擊面的加速距離不同，便于分析擊穿機理。

2、雙微波腔的第二直波導段和第三直波導段的長度大于50mm，使反射腔內(nèi)的高場強有足夠長的距離降低，使得雙微波腔的第二、三直波導段與實驗裝置的傳輸波導段的連接處場強較低，有效避免了擊穿風險。

3、第四直波導的長度至少為1m，有效排除了微波源的收集極電子和超導磁體的干擾；第五直波導的長度為0.8m-3.3m，能夠避免第一耦合器的反射通路cr1中欲測量的反射信號淹沒在微波源產(chǎn)生的微波信號中，從時間上將反射信號和微波源產(chǎn)生的微波信號區(qū)分開。

4、雙微波腔的波導段(第四、五直波導)直徑與整個裝置中的傳輸波導段(第一、二直波導)直徑一致，避免引入更多的連接結(jié)構(gòu)，便于更換，同時也避免了連接結(jié)構(gòu)發(fā)生擊穿的風險。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的hpm傳輸波導擊穿實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的雙微波腔的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2所示雙微波腔內(nèi)電場分布示意圖；

圖4是雙微波腔s7表面場分布圖；

圖5是雙微波腔s7的s參數(shù)，圖中s11為發(fā)射系數(shù)，s21為傳輸系數(shù)；

圖6是雙微波腔s3實驗后的痕跡；其中圖(a)為發(fā)射側(cè)；圖(b)為轟擊側(cè)；

圖7是雙微波腔s4實驗后的痕跡；其中圖(a)為發(fā)射側(cè)；圖(b)為轟擊側(cè)；

圖8是采用雙微波腔s3和s4時，耦合器1cr1通路反射波形的對比圖；

圖9是采用雙微波腔s3和s6時，耦合器1cr1通路反射波形的對比圖；

圖10是不同場強雙微波腔s4的輻射場波形對比；

圖11是不同場強雙微波腔s6的輻射場波形對比；

圖12是不同場強雙微波腔s7的輻射場波形對比；

圖13是不同強度的外加軸向磁場對雙微波腔s7的輻射場波形的影響；

圖14是材料的抑制電子發(fā)射性能和耐電子轟擊性能比較；圖(a)是外加軸向磁場為0.75t時的性能比較；圖(b)是外加軸向磁場為1.0t時的性能比較；圖(c)是外加軸向磁場為1.5t時的性能比較；

圖15是直波導與不同材料的腔s7輻射場波形比較；

圖16是不同寬度的不銹鋼腔的輻射場波形；

圖17是發(fā)射面為ss304、轟擊面為tc18的雙微波腔微觀痕跡分析圖；圖(a)為發(fā)射面微觀痕跡；圖(b)為轟擊面微觀痕跡；圖(c)為發(fā)射面痕跡成分分析；圖(d)為轟擊面痕跡成分分析；

圖18是本發(fā)明研究擊穿問題的實驗流程圖；圖(a)為閾值獲取實驗流程圖；圖(b)為材料優(yōu)選實驗流程圖。

圖中標號：1-微波源；11-收集極；2-第四直波導；3-第一耦合器；4-第五直波導；5-測試腔；51-反射腔；52-第一直波導；53-第二直波導；54-第三直波導；6-第二耦合器；7-模式轉(zhuǎn)換器；8-饋源喇叭；9-磁體線圈。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明所提供的hpm傳輸波導擊穿實驗裝置包括依次相連的微波源1、第四直波導2、第一耦合器3、第五直波導4、測試腔5、第二耦合器6；第四直波導2和第五直波導4均為圓波導；測試腔5外設(shè)置有用于提供外加軸向磁場的磁場發(fā)生裝置，本實施例中采用的是磁體線圈9；

第四直波導2的長度至少為1m，以排除微波源1的收集極11的電子和超導磁體對測試腔中擊穿過程以及兩個耦合器測量過程的干擾；

由于擊穿導致的反射幅度較小，且兩個耦合器的隔離度不是很好，在第一耦合器3的反射通路cr1中欲測量的反射信號可能會淹沒在微波源1產(chǎn)生的微波信號中；為了避免欲測量的反射信號出現(xiàn)在微波信號(脈寬約為25ns)的上升沿(約6ns)和下降沿(約6ns)中而被淹沒，設(shè)置在第一耦合器3和測試腔5之間的第五直波導4的長度應(yīng)大于小于即在0.8m～3.3m之間，以從時間上把欲測量的反射信號和微波源產(chǎn)生的微波信號區(qū)分開；前述vg為微波的傳播速度，vg＝0.88c＝26.4cm/ns；本實施例中第五直波導4的總長為1.86m，是由四根長度為0.465m的直波導串接而成的。

如圖2所示，測試腔5為雙微波腔，主要由兩個相同的反射腔51串接構(gòu)成；兩個反射腔51通過第一直波導52相連，兩個反射腔51之間的距離為lc為15-25mm；微波在兩個反射腔51內(nèi)來回反射，形成諧振結(jié)構(gòu)以獲得強場；

如圖3所示，沿反射腔軸向方向，反射腔內(nèi)電場分布非對稱；如圖4所示，反射腔51在a、b兩側(cè)的場強幅值相差較大，反射腔51兩側(cè)場強幅值差至少為300kv/cm，越大越好。因此測試腔5可劃分成發(fā)射面(對應(yīng)圖2中的part2、對應(yīng)圖3中b側(cè))和轟擊面(對應(yīng)圖2中的part1和part1-b、對應(yīng)圖3中a側(cè))，用于研究材料的電子發(fā)射性能和耐轟擊性能；

反射腔51的內(nèi)腔為圓筒狀結(jié)構(gòu)，反射腔51的半徑ra和寬度la滿足使反射腔內(nèi)激勵起的電磁波為tm020模式，本實施例中反射腔51的半徑ra為30.5-31.7mm，寬度la小于等于10mm(大于10mm后不能保證反射腔內(nèi)的電磁場模式為tm020模式)；從理論上講，反射腔51的寬度la可以無限小，但實際操作中寬度la通常不會小于1-2mm。

兩個反射腔51的自由端分別連接有長度均大于50mm的第二直波導53和第三直波導54，以使測試腔5與第五直波導4和第二耦合器6的傳輸波導段相接處的場強較低，避免相接處發(fā)生擊穿；第二直波導53和第三直波導54均為圓波導；為了避免引入更多的連接結(jié)構(gòu)、便于更換以及避免因增加連接結(jié)構(gòu)而增大波導連接處發(fā)生擊穿的風險，第二直波導53和第三直波導54的內(nèi)徑分別與第五直波導4和第二耦合器6的傳輸波導段的內(nèi)徑相等。

本發(fā)明的測試腔5的特點：

通過調(diào)整反射腔51的半徑ra在30.5-31.7mm范圍內(nèi)變化，可實現(xiàn)反射腔51內(nèi)發(fā)射面的場強從600kv/cm變化到1800kv/cm，如表1所示，根據(jù)現(xiàn)有研究經(jīng)驗，電子發(fā)射閾值和擊穿閾值在該變化區(qū)間內(nèi)。

測試腔5內(nèi)的電場是由微波源1產(chǎn)生的微波形成，若測試腔5的反射系數(shù)過大，會將微波反射回微波源，干擾微波源的正常工作，導致測試腔5內(nèi)無法形成擊穿實驗所需的電場而無法實現(xiàn)擊穿。本發(fā)明通過調(diào)整第一直波導52的長度使得兩個反射腔51之間的距離lc在20mm左右，可使測試腔5的反射系數(shù)小于-15db，如圖4所示，不會影響前端微波源1的正常工作和微波的傳輸(微波頻率為9.75ghz)。

反射腔51的寬度la的值不同，電子從發(fā)射面(b側(cè))運動到轟擊面(a側(cè))的加速距離不同，因此電子轟擊a側(cè)的能量不同，能夠?qū)崿F(xiàn)擊穿機理分析。

為了將微波正常輻射出去，不干擾測試腔5，本發(fā)明還包括依次連接在第二耦合器6輸出端的模式轉(zhuǎn)換器7和饋源喇叭8。

本發(fā)明同時提供了一種利用上述hpm傳輸波導擊穿實驗裝置研究擊穿問題的方法，包括以下步驟：

1)材料閾值獲?。?/p>

1.1)選取不同場強的n個測試腔，按照場強從小到大的順序?qū)y試腔依次編號，記為s1、s2、s3、……、sn；所述n個測試腔的整腔材料均相同；

1.2)利用模擬軟件獲取測試腔s1、s2、s3、……、sn的發(fā)射面的最高場強；

1.3)獲取電子發(fā)射閾值：

1.3.1)將測試腔s1安裝至擊穿實驗裝置中；

1.3.2)開展擊穿實驗；

1.3.3)觀察測試腔s1發(fā)射面和轟擊面的痕跡，若有痕跡，則測試腔s1發(fā)射面的最高場強即為發(fā)生大量電子發(fā)射的閾值；若無痕跡，執(zhí)行步驟1.3.4)；

1.3.4)用測試腔s2替換測試腔s1，返回步驟1.3.2)；

1.3.5)重復(fù)步驟1.3.1)-1.3.4)直至獲取發(fā)生大量電子發(fā)射的閾值；

1.4)獲取擊穿閾值：

1.4.1)利用將一段直波導替換擊穿實驗裝置的測試腔后，開展擊穿實驗，獲得輻射場波形后將所述直波導移除；

1.4.2)將測試腔s1安裝至擊穿實驗裝置中；

1.4.3)開展擊穿實驗，獲取輻射場波形；

1.4.4)將步驟1.4.3)獲得的輻射場波形與步驟1.4.1)獲得的輻射場波形進行對比，若脈寬有縮短，則擊穿閾值為測試腔s1發(fā)射面的最高場強；若脈寬無縮短，則執(zhí)行步驟1.4.5)；

1.4.5)用測試腔s2替換測試腔s1,返回步驟1.4.3)；

1.4.6)重復(fù)步驟1.4.3)-1.4.5)直至獲取擊穿閾值；

上述步驟中測試腔外加同一軸向磁場。

2)材料優(yōu)選方法：

2.1)依次將發(fā)射面材料相同、轟擊面材料不同的m個測試腔安裝至擊穿實驗裝置中分別進行擊穿實驗，獲取這m個測試腔分別對應(yīng)的輻射場波形，輻射場波形的脈寬越窄則其對應(yīng)的測試腔的轟擊面材料的耐轟擊性能越差，輻射場波形的脈寬越寬則其對應(yīng)的測試腔的轟擊面材料的耐轟擊性能越好；

2.2)依次將發(fā)射面材料不同、轟擊面材料相同的x個測試腔安裝至擊穿實驗裝置中分別進行擊穿實驗，獲取這x個測試腔分別對應(yīng)的輻射場波形，輻射場波形的脈寬越窄則其對應(yīng)的測試腔的發(fā)射面材料的抑制電子發(fā)射性能越差，輻射場波形的脈寬越寬則其對應(yīng)的測試腔的發(fā)射面材料的抑制電子發(fā)射性能越好。

上述步驟中，若擊穿實驗后某測試腔對應(yīng)的輻射場波形的脈寬相同，不能區(qū)分材料性能時，可增大測試腔外加軸向磁場后，再次進行擊穿實驗，獲取輻射場波形后重新進行比較。

上述步驟2)中發(fā)射面和轟擊面的材料均選用金屬材料，如不銹鋼、銅、鈦等。

實施例：

測試腔5分別采用雙微波腔s3-s8，其結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表1所示：

表1理論模擬雙微波腔結(jié)構(gòu)參數(shù)

上述表1中各參數(shù)含義：

r為第二直波導和第三直波導的半徑，

ld為第二直波導53和第三直波導54的長度；

la為反射腔51的寬度；

ro為轟擊面倒角；

ri為發(fā)射面倒角；

ra為反射腔51的半徑；

lc為兩個反射腔51之間的距離。

圖6和圖7分別為不銹鋼材質(zhì)的雙微波腔s3和s4實驗后的痕跡，雙微波腔s3外加1t軸向磁場，在70個炮次后仍無明顯痕跡，如圖6所示；而不銹鋼腔s4外加1t磁場，僅在20個炮次后，發(fā)射側(cè)和轟擊側(cè)均有較多的痕跡，如圖7所示。因此，可認為在微波脈寬大約為25ns的條件下，場強在670kv/cm以下時，不銹鋼材料宏觀上沒有大量電子發(fā)射。

圖8為不銹鋼材質(zhì)的雙微波腔s3和s4不加軸向磁場時第一耦合器的通路cr1反射波形，線條ⅰ為雙微波腔s3對應(yīng)的波形，線條ⅱ為雙微波腔s4波形；圖9為不銹鋼材質(zhì)的雙微波腔s3和s6不加軸向磁場時第一耦合器的通路cr1反射波形，線條ⅰ為雙微波腔s3對應(yīng)的波形，線條ⅲ為雙微波腔s6的波形；從圖中可看出，雙微波腔s4對應(yīng)的反射波形與雙微波腔s3一致，雙微波腔s6對應(yīng)的反射波形與雙微波腔s3在前14ns(從-100ns至-86ns)保持一致，之后雙微波腔s6對應(yīng)的反射波幅度有所增大；考慮到擊穿造成的反射信號比微波傳輸信號約延遲2×1.86m/vg≈14ns，可以推斷雙微波腔s6增大的反射信號很有可能來自擊穿，因此可認為雙微波腔s6發(fā)生了擊穿，雙微波腔s4還未發(fā)生擊穿。

圖10、11、12分別為不銹鋼材質(zhì)的雙微波腔s4、s6、s7內(nèi)的輻射場波形，其中虛線“----”為對照腔直波導波形(將整個測試腔替換為直波導，所獲得的波形作為對照腔直波導波形)，實線為不加軸向磁場時的波形，點線“……”為外加1.0t軸向磁場時的波形。從圖10中可看出，雙微波腔s4不加磁場與加磁場時的輻射場波形均與對照腔直波導波形一致。從圖11中可以看出，雙微波腔s6不加磁場時的輻射場波形與直波導對比幅度有減小，同時波形的前沿斜率增大，具體看來輻射場波形前沿從幅度為-0.15v時開始有變化，如圖11中黑圈所示，對應(yīng)的電壓幅度約為，換算成微波功率約為1.0gw，此時發(fā)射面最高場強約為800kv/cm；雙微波腔s6外加1t軸向磁場后，同樣觀察到了波形前沿斜率增大的現(xiàn)象，同時波形出現(xiàn)了尾蝕現(xiàn)象。采用發(fā)射面場強更高的雙微波腔s7進行實驗，其輻射場波形與直波導波形對比前沿斜率明顯增大，如圖12所示，具體看來輻射場波形前沿從幅度為-0.1v時開始有變化，此時對應(yīng)的電壓幅度約為，換算成微波功率約為0.53gw，相應(yīng)的發(fā)射面最高場強約為900kv/cm；雙微波腔s7外加1t軸向磁場后，波形脈寬出現(xiàn)明顯縮短。結(jié)合以上分析可知，在不加軸向磁場時，傳輸波導內(nèi)的擊穿主要表現(xiàn)為微波前沿被削，斜率增大；加軸向磁場后，微波出現(xiàn)明顯的脈寬縮短。因此，可認為雙微波腔s4未發(fā)生擊穿，雙微波s6和s7已發(fā)生擊穿，即在微波脈寬約為25ns的條件下，對于不銹鋼材料，800kv/cm是較安全的閾值。

圖13比較了加不同強度的外加軸向磁場時不銹鋼材質(zhì)的雙微波腔s7的輻射場波形，從圖中可看出，當磁場較小時，微波有一定程度的尾蝕，但脈寬沒有明顯的縮短，如圖中虛線“----”所示。隨著磁場增大，發(fā)射電子逐漸被約束住集中轟擊金屬表面，微波脈寬明顯減小。當磁場增大到一定的值后，再繼續(xù)增大，微波脈寬沒有出現(xiàn)進一步的惡化，如圖中點線“……”和點劃線所示。

圖14比較了不同材料的電子發(fā)射性能和轟擊性能，圖中純黑色柱形表示雙微波腔s7為不同材料時的輻射場脈寬；填充網(wǎng)格柱形表示發(fā)射面替換為不同鈦材料，轟擊面統(tǒng)一為ss304的雙微波腔s7的輻射場脈寬；填充斜線柱形表示轟擊面替換為不同鈦材料，發(fā)射面統(tǒng)一為ss304的腔s7的輻射場脈寬。未擊穿時，輻射場脈寬約為25ns，若以輻射場脈寬作為評價材料性能好壞的依據(jù)，則材料的抑制電子發(fā)射性能大致為ss304<ta2<ta15<tc11<tc21<tc18，耐電子轟擊性能大致為ss304<tc11<ta2<ta15<tc21<tc18，雙微波腔的整腔特性大致為ss304<tc11<ta2<ta15<tc21<tc18。從圖14中(a)、(b)、(c)可以看出，是否發(fā)生擊穿與測試腔外加軸向磁場的大小也有關(guān)聯(lián)，當此次實驗后無法區(qū)分材料性能好壞(如圖中某幾個柱形圖高度一樣時就表示無法區(qū)分材料性能)時，應(yīng)調(diào)整測試腔外加軸向磁場的大小后再次進行擊穿實驗，獲取輻射場波形，根據(jù)輻射場波形脈寬對材料性能進行評價。

圖15比較了外加軸向磁場為1t時對照組直波導(將整個測試腔替換成對照組直波導進行實驗，獲取輻射場波形，下同)、整腔為ss304材料的雙微波腔s7、ta2材料的雙微波腔s7和tc18材料的雙微波腔s7的輻射場波形，從圖中可看出，tc18材料的雙微波腔性能最優(yōu)，幾乎無脈寬縮短。

圖16為不同寬度的不銹鋼材質(zhì)的雙微波腔s6、s7和s8的輻射場波形，其中點劃線為對照組直波導的波形；虛線、點線分別為雙微波腔s6和s7的波形，反射腔寬度均為10mm，表面最高場強分別為1mv/cm和1.8mv/cm；實線為雙微波腔s8，反射腔寬度為2mm，表面最高場強為1.3mv/cm；反射腔中的電磁場為tm020模式，反射腔的寬度決定了電子到轟擊面時的能量。從圖中可看出雙微波腔s6和s7均有脈寬縮短現(xiàn)象，而雙微波腔s8僅有幅度衰減，脈寬基本不變化，且由于其表面最高場強介于雙微波腔s6和s7之間，可排除場強的影響，認為造成這一現(xiàn)象的原因主要來自轟擊電子的能量。因此，當反射腔寬度較窄時，即轟擊電子能量較小時，擊穿主要影響微波的幅度，而對微波脈寬的影響較弱。

如圖17所示，采用電子掃描顯微鏡分析發(fā)射面為ss304(不銹鋼材料)和轟擊面為tc18(ti材料)的雙微波腔腔s7，發(fā)射面的痕跡呈現(xiàn)為熔蝕坑狀，成分以fe為主，未發(fā)現(xiàn)ti成分；轟擊面痕跡呈液滴濺射狀，濺射痕跡直徑在幾μm到幾十μm不等，含大量fe成分。這些fe成分只可能來自發(fā)射面，發(fā)射面受粒子轟擊，濺射出fe離子和原子，fe粒子團運動到轟擊面形成液滴濺射的形態(tài)，證明擊穿過程中除了電子參與，離子也起了重要的作用。

最后需要說明的是：上述所有附圖中各波形都是在頻率為9.75ghz，微波脈寬大約為25ns的條件下測得的。