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。     

二次电子发射研究进展及其空间应用

由二次电子发射引发的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。针对星载微波部件微放电的研究及应用需求,对国内外二次电子发射的研究进展进行了系统梳理,介绍了二次电子发射模型、仿真分析方法、测试装置及实验研究,以及在微波射频器件及航天器充放电方面的应用研究,总结了主要的研究结论。在此基础上提出了发展建议,以期对国内的二次电子发射及微放电研究的推进提供参考。     

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。     

航天器表面电荷激发空间静电场规律研究

从带电表面微元出发，通过求解泊松方程，得到带电介质平板表面邻近空间静电势的解析表达式，建立介质表面电位-介电常数模型，求得了带电介质平板表面电位、表面带电量和介质介电常数三者之间的关系式。结合典型的航天器表面介质材料带电案例，对此类圆盘结构介质平板带电问题进行了仿真分析，结果表明，在介质材料表面电位一定的情况下，表面电荷激发的空间静电势值随距离的增大而减小，并且距离介质表面越近，电势的空间变化率越大；在介质材料带电量相等的情况下，介质表面电位随着介质介电常数的增大而减小，并逐渐趋于一个稳定值，所以在一定范围内选择介电常数较大的介质材料可以降低介质的表面电位，减小介质间发生静电放电的几率。     

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。     

微放电现象建立时间的分析

微放电建立时间是决定载波合成信号在何种电压或功率电平能够产生微放电现象的前提条件。文章以一阶微放电模式为研究对象，从理论上对微放电建立时间问题进行了分析和验证。给出了计算微放电建立所需经历间隙渡越次数的计算公式，并对该公式进行了理论上的验证。     

多路合成载波的包络特性与微放电关系分析

以前的微放电现象分析试验文章主要集中在对各种材料的微放电机理及处理方法的研究上。本文试图从时域角度对微放电产生的基本条件-多路信号的合成包络进行分析，得到了一些有用的结论，有助于对微放电现象的进一步理解，并对部件的微放电试验有一定的指导意义。     

影响星载微波部件微放电阈值的Furman模型研究

星载微波部件的微放电效应是影响航天器微波传输系统独特的瓶颈问题之一。以星载微波部件微放电阈值仿真中广泛使用的Furman模型为研究对象，以平行平板传输线为例，研究并获得了Furman模型中本征二次电子、弹性散射电子、非弹性散射电子3类电子的模型参量对微放电阈值的影响规律，并通过对总二次电子发射系数的影响合理解释了微放电阈值的变化规律，为星载微波部件微放电阈值的精确仿真提供了规律指导。     

星用介质材料表面充放电效应试验研究

航天器表面介质材料易遭受表面充放电危害。利用30keV单能电子对几种不同的航天介质材料进行了表面充放电模拟试验,测量了不同电子通量辐照下的表面充电电位以及放电脉冲。试验结果表明,聚酰亚胺薄膜在接地处理不当时表面可充至千伏以上,易发生表面放电,且辐照强度越大,放电频率越高。表面镀铝的聚酰亚胺薄膜在不接地时,铝膜成为悬浮导体更加剧了放电的危害。而通过渗碳处理的聚酰亚胺薄膜,其良好的导电性能可有效抵御nA/cm~2量级电子的表面充电。聚四氟乙烯天线罩表面未进行防静电处理时,表面充电电位可达万伏量级,极易发生放电。     

一种抑制微放电的宽带大功率定向耦合器设计

在卫星有效载荷系统中，3dB定向耦合器作为微波工程关键器件已得到广泛应用，而此类器件在太空真空环境中，常因真空环境下大功率工况引发的微放电效应形成谐振放电现象，影响耦合器性能与寿命，对于卫星系统日益增多的小型化及大功率需求，在器件设计时应充分考虑微放电效应并兼顾小型化要求，采用有效抑制手段以确保器件在轨稳定可靠。通过分析定向耦合器工作原理与不同结构耦合器之间的差异，阐述了真空环境下的微放电效应产生机理，针对性地采取基于奇偶模分析法的耦合线结构耦合器设计方法，选用高导热材料Rogers TC350+作为耦合器介质，利用软基板多层混压方式进行产品加工，通过仿真试验与真空环境实测，表明此类设计既具有体积小、重量轻的特点，又可有效抑制器件微放电效应，确保了耦合器的工作性能，满足卫星系统使用工况。     

空间材料深层充放电效应试验研究

利用电子枪发射的单能电子束、以及放射源发射的能谱结构接近空间电子环境的β射线电子,模拟试验了几种常用空间介质材料和某卫星部件的深层充电过程;结合对放电电流脉冲和电场脉冲的测量,观测了深层放电脉冲信号及其对试验电路的影响。试验结果表明,在类似实际空间强度的pA量级电子束辐照下,介质材料可以累积大量电荷,其表面电位可以达到近万V;随后发生的介质材料放电可产生高强度的放电电流脉冲和电场脉冲,放电脉冲对试验电路造成较强的干扰。     

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。     

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.     

高能电子辐照下介质-导体相间结构深层充电特性研究

为研究影响介质-导体相间结构深层充电特性的内在因素,设计了不同构型的试验样品,利用90Sr放射源模拟空间高能电子环境对样品进行深层充电辐照试验,测量了充电电位的差异。并借助深层充电三维仿真软件计算介质-导体相间结构在不同几何构型情况下的深层充电电位、电场分布。试验和仿真结果表明,介质最高表面电位以及介质内部最大电场均与介质宽度和高度呈正相关。其他条件不变时,介质越宽,或越高于导体表面,发生放电的风险就越高。在介质与导体侧面存在微小缝隙情况下,介质内最大电场显著增强,易发生内部击穿。而在介质与导体之间的真空间隙内,电场很容易超过击穿阈值,放电风险很大。航天工程应用中为降低此种结构深层充放电的风险,在满足绝缘性能及其他要求的前提下应尽量减小介质的宽度,降低介质与导体间的高度差,并确保介质与导体侧面接触良好。     

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。     

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。     

大功率微波吸收箱的设计与应用

介绍了用于天线馈源系统大功率微放电测试的S波大功率微波吸收箱的设计原理与应用。根据电磁波在有耗色散媒质中的反射和透射特性，优化平板吸收材料的本构参数及厚度，使其反射系统达到最小，从而使天线馈源辐射场能量几乎完全被吸收材料吸收，产生的热量经由箱体外表面释放，箱体外表面喷涂高散射率温控漆以增加热辐射效率。根据上述设计规范，设计出了用于天线馈源大功率微放电测试的耐大功率耐高温的S波段微波吸收箱，其反射损耗优于22dB，工作平均功率不小于150W，工作脉冲功率不小于700W，工作温度－60℃－150℃，大功率微波吸收箱的研制成功，不仅解决了天线馈源大功率微放电测试问题，提高了天线分系统的可靠性，为某型号两颗卫星的研制成功作出了重要贡献，而且国家节约了上万美元的外汇，产生了良好的社会效益和经济效益。     

光学太阳反射镜抗静电薄膜的设计原则

对氧化铟锡（ITO）薄膜在光学太阳反射镜（OSR）抗静电放电设计中的应用进行了研究，采用Drude理论分析了ITO薄膜的表面方阻等对OSR的太阳光谱吸收比的影响，测试了光学太阳反射镜充电电位，讨论了薄膜接地状况对OSR表面充放电性能的影响，结果表明，ITO薄膜应用于OSR表面防静电放电时，需合理设计表面方阻和接地方式。