电子诱发波导微放电实验研究

针对宇航微波器件功率密度越来越大,空间电子可能诱发微波器件发生微放电的潜在威胁,通过设计特殊波导结构,利用电子枪提供的种子电子入射到特殊波导内,在波导内通入大功率微波信号,利用检波器和示波器分别检测透射波形和反射波形,观察微放电现象的持续过程;改变电子入射能量,观测到不同程度的微放电现象,该电子枪提供种子电子诱发波导微放电效应的实验方法为微波器件微放电效应研究提供了重要手段。

磁控溅射铂抑制镀银表面的二次电子发射

降低表面的二次电子产额是抑制微波部件二次电子倍增效应和提升功率阈值的有效途径之一,目前主要采用在表面构造陷阱结构和沉积非金属薄膜的方法降低二次电子产额,其缺点是会改变部件的电性能.针对此问题,采用在表面沉积高功函数且化学惰性的金属薄膜来降低二次电子产额.首先,采用磁控溅射方法在铝合金镀银样片表面沉积100 nm铂,测量结果显示沉积铂后样片的二次电子产额最大值由2.40降至1.77,降幅达26%.其次,用相关唯象模型对二次电子发射特性测量数据进行了拟合,获得了在40-1500 eV能量范围内能够准确描述样片二次电子产额特性的Vaughan模型参数,以及在0-50 eV能量范围内能够很好地拟合二次电子能谱曲线的Chung-Everhart模型参数.最后,将获得的实验数据和相关拟合参数用于Ku频段阻抗变换器的二次电子倍增效应功率阈值仿真研究,结果表明通过沉积铂可将部件的功率阈值由7500 W提升至36000 W,证实了所提方法的有效性.研究结果为金属材料二次电子发射特性的研究提供实验数据参考,对抑制大功率微波部件二次电子倍增效应具有参考价值.

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,3 dB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。

S波段波导窗的设计

采用高频结构模拟器(HFSS)建立波导窗物理模型,并计算波导窗内的电场分布、大小和方向,以及波导窗的射频参数如频率与带宽、输入电压驻波比,从而为改进波导窗提供了理论依据,并最终设计了一个适合5MW、45kW高功率传输的波导窗。

空间微波部件内二次电子累积及其与传输特性的关系

针对微放电过程中的电子累积效应,探索二次电子累积对微波部件传输特性的影响,提出二次电子累积"等效介质"的理论模型,通过将电子累积等效为"特殊介质",从介质的角度探索电子累积对传输特性的影响,推导得到不同电子累积密度所形成不同"等效介质"的相对介电常数。仿真和计算结果表明,微放电过程中,电子累积密度从0增长至10^(16)/m^3数量级时,传输特性基本不发生变化;但是当电子累积密度达到10^(17)/m^3数量级时,阻抗变换器的通带内回波损耗恶化了15dB;随着电子累积密度继续增大,"等效介质"对电磁波的反射迅速增强,微波部件的传输特性急剧恶化;在电子累积密度达到4×10^(17)/m^3时,电磁波在阻抗变换器中的传输处于完全截止状态。为了进一步探讨导致传输特性恶化的深层原因,发现在电子累积密度达到4×10^(17)/m^3时,在2.5~5GHz的频率范围内,电子累积形成"等效介质"的相对介电常数呈现为负值,电磁波传输截止,"等效介质"表现出单负介电常数超材料的特性,即导致阻抗变换器传输特性恶化的原因是单负介质材料的形成。研究有益于更深入地认识微放电形成过程中的深层物理机理及其对宏观电性能的影响,为寻求更加有效的抑制方法提供理论依据。

微波部件的微放电效应检测系统

随着航天技术的快速发展,对微波部件载荷的功率容量要求越来越高,部件受微放电效应影响的问题越来越突出,建立有效的微放电检测手段显现的尤为迫切。在此背景下研制了一套微波部件的微放电效应检测系统,主要采用前向/后向功率检测法及调零检测法实现微放电的检测。首先介绍了微放电产生的机理及危害,其次从检测原理、系统的总体设计及调零装置的设计等3方面对系统研制的基本思路进行了阐述,最终通过实验验证表明系统能够良好的实现单载波状态下无源微波部件的微放电效应检测。

宇航级高功率微波载荷微放电效应检测

微放电效应是一种在真空电磁环境中发生的二次电子倍增谐振放电效应,是一种发生在空间轨道航天器微波载荷系统内部的特殊电磁效应问题。近年来,针对宇航级高功率微波器部件载荷,进行微放电阈值检测越发重要。该文依托公司研制的微放电效应检测系统,首先对微放电效应产生机理、发生条件及其危害进行介绍,描述开展微放电效应检测的现实应用背景;其次,着重介绍了前向/后向功率检测法,前向/后向功率调零检测法、谐波检测法、近载波互调产物检测法、近载波噪声检测法等目前国内外主要的检测方法。随后,对检测系统组成进行了简要说明,同时对系统发展现状进行介绍;最后,结合航天器微波载荷技术发展趋势,介绍了微放电效应检测技术的后续发展情况。

基于联系数的电子装备体系效能倍增效应分析

提出了基于联系数的电子装备系统和体系作战效能倍增效应分析新方法。首先介绍了联系数的定义与数学运算,其次提出以基于作战能力指数的同异联系数来描述电子装备的作战效能,并根据不确定系数的取值分别对电子装备系统和体系的作战效能倍增效应进行了分析,最后基于侦察装备对目标的侦察能力进行了实例分析,结果表明该方法合理可行。

基于傅里叶级数的调零单元插值估计方法

随着航天技术的快速发展,航天器部件的研制要求也越来越高,对大功率微波组件的微放电效应检测也越来越严格。在微放电效应检测方法中,调零检测法的调零单元的质量起到了关键的作用。针对调零单元模拟控制模块校准点多、校准精度低的问题,提出了一种基于傅里叶级数的插值拟合方法,首先采集分布较均匀的校准数据,然后利用傅里叶拟合算法对获取的数据进行拟合,在无校准数据的位置利用拟合函数进行计算,提高了校准效率和非校准点的精度,最后用实验验证了此方法的效果。

微放电效应检测中的信号调零技术研究

随着空间技术的快速发展,对微波部件载荷的功率容量要求越来越高,部件受微放电效应影响的问题越来越突出,建立有效的微放电检测手段显现的尤为迫切。该文首先阐述了微放电效应检测的重要性,其次从技术原理、方法实现层面对前向/后向功率调零检测法进行了研究,最终通过实测验证表明调零技术能够有效满足大功率微放电效应检测。

磁绝缘传输线振荡器中的次级电子倍增现象

根据磁绝缘传输线振荡器(MILO)的结构特点,建立了一个单边次级电子倍增(multipactor)模型,通过对敏感曲线、相位聚焦的计算,分析了MILO中发生multipactor的物理图象.结果表明从聚焦区域大小看,单边发生multipactor比双边要严重.在MILO中发生的multipactor都属于单边模式,并且有出现电子掠入射金属表面的大量机会,因此它发生multipactor比O型器件严重.

电介质表面纵向射频电场对次级电子倍增效应的影响

基于次级电子倍增动力学模型和次级电子发射曲线,运用蒙特卡罗方法模拟电介质表面具有纵向射频电场作用下的单边次级电子倍增现象,研究次级电子倍增的表面电场敏感曲线和时间演化图像.以一个S波段射频介质窗为例,计算次级电子在其介质表面的沉积功率.结果表明,纵向射频电场可能加剧电介质表面的次级电子倍增效应,易于导致介质片破裂,不利于高频能量传输.