7.7.3 具有微结构金属-具有微结构介质微放电数值模拟
进一步研究表面SEE对微放电演变过程的影响，以及铁氧体环行器中发生介质微放电时可能的不同演变机制。在铁氧体介质表面和金属表面均构建微米尺度的具有一定深宽比的微结构阵列，对材料表面出射的二次电子形成束缚作用，降低介质和金属表面二次电子发射，研究弱二次电子发射特性下微放电演变过程与微放电阈值功率的变化情况。
通过在金属和铁氧体介质表面均形成微结构阵列，分别采用偏压电流法和收集电流法对其SEY进行测量，测试结果如图7-34所示。此时，微结构的半径约为100 μm，深度约为350 μm，孔隙率为0.5。测试结果表明，相较于平滑表面金属，具有微结构金属银表面最大SEY δmax由1.93降低至1.06，第一能量点E1从50 eV提高至200 eV。与具有微结构的金属银相比，具有微结构的铁氧体表面最大SEY δmax0高0.52，第一能量点E1低140 eV。
具有微结构金属与介质中微放电电子运动示意图如图7-35所示。随着输入功率的增加，电子获得足够的加速，二次电子首先从具有微结构的铁氧体介质材料表面出射。此时，受具有微结构表面金属较高的第一能量点影响，几乎没有二次电子从金属表面出射。在介质表面随时间积累较少量的正电荷。随着输入功率的进一步增加，仍然很难从金属表面激发二次电子，无法形成微放电电子谐振倍增路径，从而不发生微放电。微放电阈值大幅度提升。
图7-34 具有微孔结构的银样片和铁氧体样片SEY测量结果（附彩图）
图7-35 SEE抑制表面金属-介质微放电电子运动示意图
采用修正Vaughan模型结合测试结果对具有微结构表面铁氧体介质和具有微结构金属银SEE特性进行模型拟合，采用EM-PIC数值模拟方法对具有微结构表面铁氧体基片环行器进行微放电数值模拟。由于在金属和铁氧体表面二次电子发射均被有效抑制，微放电阈值大幅度提高，从410 W增大至大于4 000 W。这是因为，对于具有微结构金属银表面，最大SEY约等于1，这意味着非常高的第一能量点。随着输入功率的增加，电子始终不能从材料表面激励足够的二次电子，从而抑制了微放电的发生。数值模拟结果表明，具有一定深宽比和孔隙率的表面微结构不仅能对介质表面二次电子发射产生抑制作用，还能抑制介质微波部件中微放电效应的发生，大幅度提高器件微放电阈值功率。