1.1　概述

随着航天器系统技术向大功率、小型化、紧凑设计发展，介质材料及其构成的功能器件（如微带线路[1-4]、介质滤波器[5-9]、微波开关[10-12]、环行器[13-18]等）得到越来越广泛的应用，并在电磁场不可逆传输、多路电磁传输转换等应用场所体现出不可替代的优越性能。对于大功率真空系统的更大功率需求和小型化设计而言，介质器件[19-21]（图1-1）作为最重要的技术发展方向之一，具有体积小、质量轻、损耗低、环境稳定性高等特点；而对于高功率微波系统而言，介质窗是系统最为关键的组成部分[22-30]。

航天器位于不同的工作轨道，所处的宇宙天然辐射环境中有大量的携带一定能量的带电粒子[31]。随着输入功率的增加，卫星通信系统的主要组成部件（如输出多工器、波导腔体滤波器（图1-2）、开关矩阵、天线馈源等关键部件）内部的强电磁场推动带电粒子运动，发生二次电子发射，并可能使二次电子与电磁场的相位变化同步，此时存在极高的微放电风险。一旦发生，将造成微波部件表面击穿效应，甚至引发气体放电等一系列连锁反应，导致器件永久性损坏，影响整星的工作性能，成为限制大功率空间微波部件向更高功率容量发展的重要技术瓶颈[32-34]。

图1-1　卫星中的介质器件

图1-2　大功率波导器件及其微放电物理过程示意图

（a）大功率波导器件；（b）微放电物理过程

针对微放电效应基本形成机理、分析方法与抑制技术，近几十年来国内外多家宇航机构与高校已展开研究[35-47]。但目前的研究对象主要集中在金属微波部件。介质微波部件是航天器系统技术和空间微波技术向大功率、小体积、轻质量发展的重要方向，可通过在部件设计之初进行优化，消除微放电隐患，解决制约其向高性能、高可靠、长寿命方向发展的基础问题。自20世纪90年代以来，随着航天器有效载荷系统微波功率的逐渐增大，国内外多颗卫星在研制过程中（甚至在轨）发生微放电，导致微波部件受损甚至整星失效，影响各类航天器的研制进度与在轨安全。