1.2.1 二次电子倍增效应
当带电粒子以足够大的能量与材料表面碰撞时，材料表面可能激发电子出射，这种物理现象被定义为二次电子发射，这些带电粒子统称为入射电子，所激发出的电子称为二次电子。
二次电子倍增效应又称微放电效应，是指在真空环境下，电子在电磁场的作用下获得加速并入射材料表面，引发二次电子发射与电子倍增，进而导致的射频击穿现象[48]。微放电效应的研究涉及物理电子学、材料学、计算电磁学与天体物理学等多门学科交叉。
在真空环境中，空间中自由电子的平均自由程远大于器件内部间隙。所谓平均自由程，是指电子与其他粒子发生碰撞时，在两次碰撞之间所通过的平均距离。真空度越高，电子的平均自由程就越长。
对于在太空中运行的航天器而言，当空间中的自由电子在电磁场的作用下在半个射频周期内获得加速（图1-3（a）（c）（e）），以一定能量和角度与器件边界发生碰撞时，可能发生二次电子发射（secondary electron emission，SEE），出射的二次电子的能量与角度服从一定分布（图1-3（b）（d）（f））。二次电子发射（SEE）特性包括二次电子产额（secondary electron yield，SEY）特性和二次电子能谱（secondary electron spectrum，SES）特性。将描述SEY随入射电子能量变化的曲线定义为SEY曲线。在SEY曲线中，将使得SEY等于1的入射电子能量最小值定义为E1，即第一能量点；将使得SEY等于1的入射电子能量最大值定义为E2，即第二能量点。当SEY大于1时，出射电子总量将大于入射电子总量。因此，常常将SEY大于1定义为发生微放电的充分条件。若平均每次发射的二次电子数量总大于平均每次碰撞吸收的电子数量，且电子运动周期与电磁场的变化频率同步，则电子不断获得能量并加速，最终引发电子雪崩效应，即微放电效应。微放电效应发生时，对器件及系统将造成功率损耗、信号恶化、表面破坏等恶劣影响，甚至引发其他物理效应，导致系统永久性失效。
图1-3 电子在平行平板之间发生二次电子倍增效应原理示意图
（a）1/2射频正周期电子运动；（b）电子与器件表面碰撞；（c）1/2射频负周期电子运动；（d）电子与器件表面碰撞；（e）1/2射频正周期倍增后电子运动；（f）电子与器件表面碰撞
对于介质器件而言，微放电效应的产生与演变过程比在金属器件中复杂得多。如图1-4（a）所示，当电子与介质材料表面发生碰撞时，如果出射电子少于入射电子，则经过一段时间的电荷积累后，介质材料带负电；如图1-4（b）所示，如果出射电子远多于入射电子，则经过一段时间后，介质材料带正电。在受电子束轰击时，介质材料表面的带电效应不仅影响二次电子发射，还影响出射电子的运动轨迹，因此介质微放电是一个复杂的非线性演变过程。
对于磁性介质而言，材料内部电子自旋导致存在磁偶极矩，在外磁场作用下磁偶极矩沿同一方向排列而具有磁性，对磁性介质的二次电子发射和出射电子轨迹均产生影响。相较于典型电介质，包含磁性介质而发生微放电时的影响因素更多，演变机理更为复杂。与此同时，磁性介质器件作为大功率微波系统中的关键组成部分，起到隔离收发回路、使电磁场单向传输而避免大功率反射对系统损坏等作用，其微放电风险决定了系统的微放电阈值门限。此时，需要综合考虑在射频电磁场、电荷积累场和外加磁偏置场共同作用下具体磁性器件的非线性微放电电子累积过程，才能准确揭示磁性介质微放电演变机理。
图1-4 介质表面带电原理示意图
（a）介质带负电；（b）介质带正电