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。     

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...     

Vaughan模型二次电子能谱对空间微波部件微放电效应的影响分析

航天领域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.以空间微波部件微放电阈值仿真中广泛使用的Vaughan模型为研究对象,以平行平板传输线和同轴传输线两种典型微波结构为例,研究了Vaughan模型的二次电子能量分布对微放电阈值的影响规律,在二次电子产额相同时,符合伽马概率密度分布的二次电子能谱参量T增大...     

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。     

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。     

空间金属材料的二次电子发射系数测量研究

空间金属材料的二次电子发射系数是表征空间飞行器大功率微波部件微放电的重要参数,也是空间飞行器大功率微波部件的选材、分析与设计的重要依据。为了准确测量空间金属材料的二次电子发射系数,搭建了专门的测量平台。文章介绍了空间金属材料的二次电子发射系数测量原理、测量平台的结构组成,实验测量结果表明该测量平台能够准确的测量空间金属材料的二次电子发射系数。     

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。     

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。     

碳/钛复合薄膜结构二次电子发射规律

随着我国航天事业的发展,航天器中搭载的微波部件趋于小型化、集成化,而由此带来的微放电效应愈发显著,如何有效抑制微放电效应已成为当前研究的热点。文章使用磁控溅射技术制备了不同掺杂比例的钛/碳复合薄膜。对薄膜样品进行形貌、拉曼光谱及二次电子发射特性的测试分析。结果表明：随着金属钛掺杂比例的提高,薄膜按照柱状结构生长的规律越明显,致密度和平整度越好。结合测试结果及相关理论分析薄膜作用的机理,在碳/钛原子比为0.764时,复合薄膜的最大二次电子发射系数为1.40。碳/钛纳米复合薄膜对微放电效应具有良好的抑制效果,且具有大面积制备及工艺简单等特点。有助于未来有效载荷系统向高功率、高频段、集成化的方向发展。     

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。     

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。     

典型星载螺旋天线的大功率微放电效应仿真分析及试验研究

为了对星载螺旋天线的微放电效应进行分析和研究,文章以典型星载双绕背射螺旋天线为例,首先采用HFSS软件对该天线进行微放电设计及阈值仿真分析,从设计上保证天线满足卫星微波系统50 W的功率容量要求;随后用前后向功率调零检测法对天线进行功率耐受和微放电试验,验证天线的功率耐受能力;为了研究天线放电现象及放电对天线性能的影响...     

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。     

星载微波设备低气压放电及其防范

介绍了星载微波设备低气压放电和微放电的机理,以及两种放电试验的异同点.针对风云二号(FY-2)气象卫星微波旋转关节地面试验中发生的低气压放电,通过理论计算和模拟试验验证,确定其产生原因为多余物诱发放电.提出了设计、工艺控制和试验验证等防止低气压放电产生的措施.实践表明,低气压放电、微放电的机理和环境条件各异,两种试验不具互换性.     

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。     

表面微孔阵列结构调控二次电子发射特性研究

固体介质的二次电子发射受到材料成分、元素构成、表面状况等因素影响,其中表面状况对于二次电子发射系数起着至关重要的作用,表面微结构调控入射电子在材料表面的运动状态和碰撞频率,进而影响二次电子发射。基于粒子路径追踪算法,建立了一次电子与材料表面碰撞模型,研究了微孔阵列结构参数对二次电子发射系数的调控机制,分析了微孔阵列单元深度、孔径和面积占比的影响规律。研究发现,通过设置合理的结构单元深度和宽度,可以实现对二次电子发射系数的调节。单元孔径宽度为2mm、深度为5mm、数目为169时,二次电子发射系数降低了57%。研究结论可为脉冲功率、航天领域的沿面放电机理分析和抑制提供理论和数据支撑。     

钛掺杂氧化镁薄膜二次电子发射倍增特性研究

氧化镁具有较高的二次电子发射系数,适合作为制备多级放大装置的二次电子发射材料。文章采用磁控溅射法制备高质量氧化镁薄膜和钛掺杂氧化镁薄膜,并对薄膜进行形貌表征,研究其二次电子发射倍增特性,包括氧化镁薄膜电子倍增器的增益特性以及增益衰减情况。结果表明:高压源电压和电流的增大均可提高电子倍增器的电流增益倍数;掺杂Ti不仅能提高电子倍增器的增益效能,且相比纯氧化镁薄膜,钛掺杂氧化镁薄膜的增益衰减明显放缓,能够将倍增器的寿命延长2倍以上。