4.1　概述

随着深空探测、新一代导航、通信卫星技术的持续发展，航天器载荷大功率化、轻量化、小型化的趋势日益明显，航天器载荷功率密度持续提升的需求对大功率微放电效应的抑制不断提出新的更高要求。目前，国内外多家宇航机构先后开展了大量的微放电抑制研究工作，发展了多种不同的途径抑制航天器微放电效应，以提高功率阈值和载荷性能。通过表面处理抑制微放电效应具有其独特的优势：首先，无须对现有的器件结构进行改动，从而可以简化设计成本和缩短研制周期；其次，克服了其他方法引起质量增加所导致的航天器载荷成本提高问题。因此，20世纪90年代以来，基于表面处理技术的微放电效应抑制在空间大功率微波领域越来越受关注。微放电实验周期长且无法随时随地开展，其关键要素——二次电子发射特性可通过二次电子测试实验快速获取。数值模拟研究显示，利用修正后的二次电子发射唯象概率模型，可获取微放电阈值与SEY和能谱的依赖关系，阻抗变换器和同轴滤波器的阈值预测误差分别为0.12 dB和1.5 dB，通过SEY和能谱的研究能够间接获得微放电阈值。因此，研究中重点通过测试SEY的抑制情况，实现表面处理技术对大功率微波部件微放电阈值的提升[1-2]。

航天器大功率载荷发生微放电的核心要素是表面SEY大于1.0，在射频电场作用下，微波部件表面发生二次电子倍增，最终发生微波部件微放电。内二次电子只有几个eV到几十个eV的能量，且在材料内部向外部运动过程中不断被原子核和材料的核外电子散射，材料深层的内二次电子在向外运动过程中不断被散射并损失能量，最终停留在材料内部。因此，只有距离真空界面数十甚至十数个纳米的内二次电子能够运动到材料表面并克服其与真空的能量势垒，进入真空成为出射的二次电子。

在物理机制上，二次电子倍增产生的微放电效应是微波射频电场下的表面与界面范畴内电子散射与真空跃迁等物理过程的集合。工程实际中，航天器载荷的表面状态是影响微放电效应发生的核心关键问题，包括材料的种类、成分、晶格结构、成键方式和表面形貌等因素。

航天器载荷大功率金属微波部件微放电效应抑制表面处理技术，主要有两类途径：第一类，通过人工制备表面陷阱结构增强电子在材料结构内部的碰撞散射，如化学腐蚀、激光刻蚀、紫外光刻等表面微纳结构人工制备技术，如图4-1（a）～（c）所示；第二类，发展表面SEY比微波部件传统金属材料Ag、Au、Al小的其他表面镀层材料，如阿洛丁（Alodine）、TiN、TiC等，如图4-1（d）～（f）所示。基于常规技术制备传统材料镀层以实现大功率微放电效应抑制，国内外多家宇航和相关机构开展了系统而深入的研究工作。

图4-1　几种不同的传统表面处理技术

（a）化学腐蚀；（b）激光刻蚀；（c）紫外光刻；（d）阿洛丁；（e）TiN；（f）TiC