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。     

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.     

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...     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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...     

一种多载波情况下的微放电检测新方法

文章基于航天器无源产品在二次电子倍增微放电过程中,多载波信号通过会在近载波产生互调产物这一机理,介绍了在多载波情况下,用检测近载波互调产物变化来检测微放电的新方法。依据无源互调的幂级数非线性分析方法,建立双载波线性模型加以分析,说明距离载波较近的三阶互调产物的功率变化比载波功率变化快,提供了这种检测方法的理论依据,最后用实验结果验证了此方法。     

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.     

同轴谐振器低气压放电击穿瞬态电学行为研究

气体微波电离引起的低气压放电效应是限制微波部件功率容量的可靠性问题之一,而击穿瞬态电学行为的研究有助于诊断系统响应。目前大功率微波部件的击穿诊断与电路系统联系不够紧密,而探究放电所产生的等离子体对系统的影响能够改善这一现状。以TEM模式下谐振频率为2.6GHz的同轴谐振器为研究对象开展低气压放电实验,获得了100~1000Pa气压范围内谐振器的击穿功率阈值随气压的变化关系实验曲线,并通过正反向调零模块中功率计记录气体电离击穿前后的S11值。结合谐振器内部放电后的烧蚀痕迹将气体电离击穿后所产生的等离子体等效为圆柱型介质块,进行建模仿真获取放电发生后S11与谐振频率随气压变化的关系曲线,分析并发现局部阻抗的负载状态随着气压的升高是逐渐由容性向感性转变。最后基于测试系统的调零模块计算得到电离击穿前后谐振器局部阻抗的变化量与气压的实验关系曲线,验证了建模仿真结果。