航天器大功率天线部件的微放电试验方法

微放电效应是制约航天器系统功率容量的重要因素,为了精确获得微波产品的微放电性能,有必要提高微放电测试方法的性能.研究了不同天线馈源产品的微放电测试需求,提出了两种典型的辐射式微放电测试架构.这两种测试的典型构架分别为采用透波真空系统方式和采用非透波真空系统与大功率真空吸波箱相结合的实现方式.透波真空系统的微放电测试系统保证了真空测试环境,以常压环境大型吸波暗室作为功率吸收载体,保证了更高的功率吸收、更好的散热和驻波性能,适用于尺寸小的天线产品;非透波真空系统的微放电试验系统在常规的非透波真空罐中实现,不受透波真空系统尺寸限制,实现了大型天线的微放电测试.这两种微放电试验方法性能良好,覆盖了各种尺寸天线的微放电性能测试需求,顺利完成西安分院多型号天线微放电试验任务,包括国内首例大尺寸天线的微放电试验,获得了良好的效果,有力提升了我国航天器的设计研制和试验验证能力.     

一种新型透波低无源互调温箱箱体的设计

收发共用技术在卫星通信天线上的广泛应用将引发无源互调（passive intermodulation, PIM）。卫星天线工作在空间高低温交变环境中，而其PIM性能对温度具有敏感性，故需开展地面试验予以验证。为此，提出一款可用于测试天线在高低温环境下PIM性能的透波低无源互调温箱，主要在透波材料选用、结构耐压、箱体保温性能等方面开展设计和验证，最终建造的温箱满足耐温-150～150 ℃，箱体结构聚甲基丙烯酰亚胺（PMI）板的安全裕度为0.648，总插损＜1 dB，箱体的PIM性能基本稳定优于-150 dBm，目前已广泛应用在天线PIM性能的地面试验验证中。     

一种激光刻蚀降低二次电子产额的方法

空间大功率微波器件受空间环境因素的影响，易于发生微放电效应导致器件性能退化甚至失效。二次电子产额（Secondary Electron Yield，SEY）大于1是诱导空间材料表面微放电效应发生的根本条件之一。在材料表面制备微纳结构能有效抑制SEY，从而降低器件在空间环境中发生微放电的风险。激光加工可操作性强、灵活度高，可用于构建材料表面微米结构。本文使用1064 nm红外激光器在铝合金镀银样品表面制备单元尺寸为百微米的圆孔阵列和沟槽阵列，使用磁控溅射在样品表面分别覆盖200 nm银和72 nm铁氧体。SEY测试结果表明，银表面δmax（SEY峰值）从1.932降至0.868，铁氧体表面δmax从2.672降至1.312。实验证明激光加工制备的微米结构能大幅降低材料表面SEY，从而有效降低材料表面发生微放电的风险。     

卫星天线及微波器件大功率微放电试验技术

卫星天线及微波器件在多载波工作时具有很高的瞬时功率,面临着大功率微放电的危险。文章针对卫星天线及微波器件在多载波输入下的工作状态,对天线及器件内的峰包功率量值进行了分析计算,得到了进行大功率微放电试验所需的功率量级,并提出了多载波状态下微放电试验的设备配置方案,为后续试验工作打下了基础。     

航天器大功率微波部件微放电测试研究进展

微放电效应是由真空条件下的微波部件在电磁场驱动电子运动碰撞部件产生二次电子倍增引起,发生时将引起噪声电平抬高、部件表面损坏、微波传输系统驻波比增大、甚至导致微波部件永久性失效,成为星载大功率微波部件研制的瓶颈问题之一.因此大功率微波部件在随卫星发射之前需要进行严格的微放电试验验证.本文介绍了常用的微放电检测方法,包括近载波噪声检测法、谐波检测法、正反向功率调零检测法,并对其做了分析比较.近年来,对微放电检测方法提出自动化、数字化和安全检测要求,文章还介绍了微放电自动调零检测技术,同时介绍了辐射源、电子枪、紫外光三种微放电测试种子电子源,并分析了其适用条件,为微放电检测试验提供了选择依据.     

基于等效电路模型的介质材料二次电子发射系数研究

材料表面的二次电子发射过程是空间大功率微波射频器件微放电效应的触发与维持机制。微放电效应是限制空间大功率微波部件应用的关键问题之一。因此，对材料二次电子发射特性的研究与表征非常重要。为正确理解电子辐照下介质样品的充放电过程，文章提出一种基于等效电路模型的理论模型对二次电子发射特性进行表征。针对不同电导率样品进行仿真验证以证实该电路模型的有效性。仿真结果与理论分析结果相符。     

一种星载巴特勒矩阵微放电特性的分析与验证

作为星载雷达发射微波功率合成的关键部件，巴特勒矩阵的微放电性能直接决定了雷达载荷的功率容量。因此，有必要对其微放电特性进行分析与验证。针对该需求，提出了一种用于大功率动态合成网络的星载巴特勒矩阵，并对其在真空条件下的微放电特性进行了分析与验证。第一，提出了一款用于星载雷达的大功率巴特勒矩阵，对其功率合成性能进行了分析。第二，为了对巴特勒矩阵微放电性能进行详细研究，对提出的巴特勒矩阵进行了微放电功率阈值仿真和自由电子分布分析。第三，为了验证分析结果的正确性，对该巴特勒矩阵进行了峰值功率14kW的真空微放电试验，验证了其在大功率真空环境下的微波传输功率容量。提出的巴特勒矩阵性能优良，为未来的星载雷达大功率微波部件提供了理论方法和关键技术支持。     

欧洲空间标准化组织微放电研究进展及启示

航天器的工作离不开大功率信号的传输,而微放电效应是严重影响星载微波部件性能和安全的瓶颈问题之一,消除微放电效应可称得上是大功率设计的必经之路,因此大功率微波部件在随卫星发射之前需要进行严格的微放电测试验证。欧洲空间标准化组织在2003年的系列标准中首次添加了微放电检测部分,建立起微放电分析和检测的大纲雏形,经过数年的技术发展,微放电手册版本更新修订,不断完善分析检测方法,相关影响因素、操作流程及注意事项。以欧洲最新微放电手册为例,介绍了微放电相关技术的进展,列举了常用的微放电设计分析方法,微放电检测方法和测试流程,同时介绍了二次电子的检测部分,可为微放电相关研究提供参考借鉴。     

星载微波辐射计天馈系统噪声温度分析

星载微波辐射计在轨运行时,影响天线温度的因素与天馈系统的空间与时 间的不稳定性有关。在最坏情况下,裸露在卫星舱外的天线物理温度的变化值可达±
150℃,而且太空环境和卫星舱内环境存在一定的温度差异,使得连接天线与开关 的波导存在一定的温度梯度。依次分析了反射面对观测信号传输的影响,天线馈源物理 温度在-150℃～150℃范围内时的噪声温度,温度梯度对计算连接波导噪声温度的影响。利 用上述的分析结果,确定了天馈系统的在轨测温方法以满足星载微波辐射计精确定标的要求 。
     

S波段无源部件微放电测试研究

微放电是发生在大功率卫星应用中的问题，微放电能够损坏射频部件或传输线，致使卫星转发器不能正常工作。本文介绍了射频部件的太空微放电现象和抑制措施，并给出了Ｓ波段５种被测件在真空环境下的微放电测试结果。分析指出，设计较大功率的星载微波部件应考虑避免微放电问题，采用合理的结构设计和加工工工艺，保证足够的微放电阈值，并保持部件洁净、防止污染。     

星载微波部件介质微放电理论研究现状及发展趋势

针对目前制约卫星有效载荷中大功率微波部件的功率提升及小型化的介质微放电瓶颈问题，对国内外介质微放电的研究进展进行了系统梳理，介绍了有关介质窗单表面微放电和介质加载平行平板双表面微放电两种理论模型的研究进展，总结了主要的研究结论。在此基础上给出了未来介质微放电研究的发展趋势分析，以期对国内介质微放电研究的推进提供参考。     

星载设备中的微放电现象分析

在通信及广播卫星中,转发器输出部分的设备及发射天线部件需要同时经受多个高功率载波信号。其中最典型的部件就是输出多工器(包括通道滤波器,折叠波导)、谐波滤波器、大功率隔离器、天线的收发双工器、天线馈源等。如果设计不当,则当高功率射频信号通过这些设备时,会产生微放电现象,造成卫星设备的功能失常甚至损坏。因此,避免及消除微放电现象的发生,意义非常重大。本文描述了欧洲在星载设备微放电设计方面的进展并对其进行了分析。     

倾斜轨道卫星快速旋转高频箱轨道外热流的特点与分析

为准确进行热设计，对倾斜轨道快速旋转高频箱的外热流进行了研究。首先采用与太阳同步轨道卫星对比的方法研究了倾斜轨道卫星太阳光照角度的变化特点及热分析极端外热流工况与太阳光照角度的关系。然后理论推导了快速旋转高频箱各舱板轨道外热流的理论计算公式。最后定量分析了高频箱舱外大尺寸天线反射器对高频箱外热流的影响。研究表明倾斜轨道卫星高频箱外热流随β角的变化存在拐点，高频箱热分析的极端外热流出现在拐点处。快速旋转使得高频箱各舱板的外热流均匀化，但整个高频箱的到达外热流较静止高频箱增大，差值可达到数百瓦。舱外大尺寸天线反射器对高频箱的外热流影响较大，某环扫雷达反射器对高频箱散热面吸收太阳辐射热流密度的影响达到31.2 W/m2；同时天线反射器辐射达到高频箱散热面的红外辐射热流数量可观，某微波辐射计天线反射器的红外辐射热流占散热面总外热流的48%。     

微放电效应研究进展

微放电效应是空间大功率微波部件的特殊效应之一.文章简要介绍了微放电效应的概念,重点阐述了微放电效应在理论分析及数值模拟、多载波微放电、抑制方法和实验测试等4个方面的研究进展,最后指出了微放电未来发展的趋势.     

微放电效应研究进展

微放电效应是空间大功率微波部件的特殊效应之一。文章简要介绍了微放电效应的概念,重点阐述了微放电效应在理论分析及数值模拟、多载波微放电、抑制方法和实验测试等4个方面的研究进展,最后指出了微放电未来发展的趋势。     

国外微放电设计与测试标准研究进展

微放电是航天器大功率微波部件不可避免的问题,为了满足航天器有效载荷发展任务需求,近年来航天器微波部件制造工艺、技术水平都得到大幅度提升,相应的验证测试也变得更为细致严谨,美国政府及航天工业联合建立了微放电检测标准,欧洲空间标准化组织修订其微放电检测标准,我国也建立了相关微放电检测标准。文章介绍了国外微放电设计与测试标准研究进展,主要介绍了与我国检测标准不同的部分,包括美国微放电检测标准中的最低微放电准则、微波部件分类及分析方法,欧洲微放电检测标准中的微波部件分类与微放电考核方法、多载波微放电测试方法,以期为国内微放电检测研究提供参考。     

星载大功率固放局部低气压放电的防控技术

文章介绍了星载大功率微波产品低气压放电的机理。选取典型大功率产品L频段850 W固放，对其低气压放电阈值进行计算，对导致产品内部电路低气压放电的因素进行了仿真分析，利用热真空试验验证了仿真计算的正确性。最后从设计、工艺方面提出了有效防控的措施。     

FY-2卫星功率合成器低气压放电和微放电预防

阐述了星载无源大功率部件发生微放电和低气压放电的原因.讨论了提高风云二号(FY-2)卫星测控系统中功率合成器低气压放电阈值的方法,并提出增大内部间隙、提高器件内表面洁净度和改进调谐螺钉设计等措施.实验结果表明,功率合成器放电容量由4.5 W提高至9 W,从而大幅改善了其低气压临界工作状态.     

二硫化钼对二次电子倍增效应的抑制作用研究

基于镀银铝合金材料的微波部件在高真空及大功率工作时容易产生二次电子倍增效应,引起噪声电平抬高,输出功率下降,导致微波部件失效。有效抑制二次电子倍增效应,对于空间微波部件的正常运行极为重要。二硫化钼不仅具有与石墨烯类似的结构,而且其带隙可调,具有出色的电学、光学等性能。通过水热法制备了二硫化钼,并将其涂覆在镀银铝合金材料的表面,研究了复合材料的二次电子发射特性。结果表明,合成的二硫化钼具有花瓣状的纳米结构,并可以显著降低镀银铝合金表面的二次电子发射系数至0.63,原因是三维形态的纳米花瓣状二硫化钼可在微波部件表面构建无数个“微陷阱”,使得二次电子被捕获的几率增加,从而降低其逸出材料表面的概率。表面涂覆二硫化钼的镀银铝合金材料可望用于提高大功率微波部件的阈值功率。     

一种基于调零理论检测低气压放电效应的方法

随着我国航空航天事业的飞速发展，对微波器件的功率容量要求也变得越来越高，其受低气压放电效应影响的问题也越来越突出，建立有效的低气压放电检测方法也就变得尤为重要和迫切。为提高低气压放电效应检测的灵敏度，文章研究了一种利用调零系统搭建的低气压放电效应测试平台来检测微波器件是否发生低气压放电的方法。首先，基于相位相消理论分析了调零系统应用于低气压放电测试的工作原理；其次，通过同频信号相位叠加实验对理论计算结果进行了验证，结果表明：相比于直接检测待测件反射信号幅度变化的传统低气压放电效应检测方法，调零法具有灵敏度显著增强的优点；最后，在100Pa~4500Pa的气压范围内，利用所搭建的测试平台对S波段的微带带通滤波器进行了低气压放电测试，结果表明：该测试平台可以根据调零信号的变化，有效实现对微波器件的低气压放电效应进行检测。