星载大功率磁性器件微放电抑制技术及其应用_航空航天

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序

探索浩渺宇宙，走向星辰大海，是每一代航天人的梦想与使命。随着星际探索大航天时代的逐步推进，浩瀚无垠的星际画卷必将越来越清晰，我们也将对这个世界的运行规则、对地球

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前言

发展天基网络与地基网络深度融合为重要特征的天地一体化信息网络，实现覆盖全球的天、空、地、海多维立体通信服务，对于提升我国综合国力、保障国家安全具有重要的战略意义

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第1章　绪论

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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-

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1.2　基本概念

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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。

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1.2.2　二次电子发射特性

1902年，Austin等[49]首次发现了二次电子发射现象，其在研究阴极射线在金属表面的反射时发现：相较于入射到金属表面的电子，金属靶材表面有一定概率出射大量

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1.2.3　电子源

要发生微放电效应，首先必须具有一定空间浓度的持续发射的自由电子源。对于航天器微波系统而言，可能的电子源包括自由电子源、光电效应、航天器排气。 1）自由电子源在

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1.2.4　二次电子发射模型

本书采用二次电子发射理论模型对较低能量电子与材料互作用的行为模型进行唯象描述，屏蔽复杂的粒子-材料互作用物理过程，从带电粒子的碰撞能量与碰撞角度出发，根据出射的

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1.2.5　微放电阈值

通常将引起设备（或系统空间）中电子数目不再随时间发生变化时的输入功率或电压值定义为微放电阈值。当输入功率高于微放电阈值时，将发生微放电效应；当输入功率低于微放电

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1.2.6　单载波、多载波、调制波微放电

根据传输进入器件、设备或系统的电磁场信号类型，可以将微放电效应划分为单载波、多载波、调制波微放电。单载波微放电是指输入电磁场信号的频率是单个频点时发生微放电效

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1.3　星载介质微放电数值模拟技术发展简史与技术难点

近几十年来，随着介质材料特性研究的深入，介质微波部件在星载微波系统中的应用取得长足的发展。与传统金属微波部件相比，介质微波部件具有功率容量大和体积、质量大幅度减

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1.4　星载介质微放电抑制技术发展简史与技术难点

介质微放电效应作为高真空系统及其组件中带来潜在危险的基础物理效应之一，其抑制技术及大功率真空器件抗微放电设计技术自20世纪发现微放电效应以来受到广泛的关注。不同

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1.5　本章小结

本章介绍了二次电子倍增，即微放电相关的基本概念，阐述了卫星介质微放电数值模拟技术和抑制技术的发展历史、存在技术难点和发展现状，对国内外相关研究单位和现有技术进行

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参考文献

[1]SEMENOV V E,RAKOVA E I,SAZONTOV A G,et al.Simulations of multipactor threshol

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第2章　金属二次电子发射特性实验与模拟

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2.1　概述

对于星载大功率微波器件，金属材料是器件的重要组成成分。金属具有较好的导电、导热性能。采用金属腔体部件传输电磁波时，往往能够耐受较大的输入功率。对于大功率磁性器件

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2.2　金属二次电子发射测量及理论模型

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2.2.1　金属材料二次电子测量原理与平台

由于表面污染、氧化、硫化和实际加工条件不同，同种材料的二次电子发射特性可能在很大范围内发生变化和波动。在大功率微波部件的微放电数值模拟与分析研究中，这些变化极大

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2.2.2　基于Vaughan模型的二次电子发射特性模拟

20世纪40年代末，研究人员通过观察二次电子发射测量实验，发现了在不同入射角度下的SEY曲线变化趋势，并提出了SEY曲线关键参数Emax和δmax（图1-6）随

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2.2.3　基于Furman模型的SEE模拟

Vaughan模型的函数表达式简单，且在低能量段（Ein＜3Emax0）具有较好的拟合精度，因而在20世纪八九十年代的微放电数值模拟与分析中获得广泛应用。随着表

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2.3　表面形貌对金属二次电子发射影响的实验与理论研究

材料表面二次电子发射特性主要由材料本身的特性（如原子序数、原子核外电子、晶格结构等）决定，但取决于表面微观起伏、氧化、沾污等因素，同种材料的二次电子发射特性可能

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2.3.1　随机粗糙起伏SEE特性实验和模型拟合研究

采用机械加工的方法在样片表面制备形成不同的随机粗糙度。样片的材料为铝合金，尺寸为10 mm×20 mm×1 mm，如图2-11所示。图2-12给出了具有不同随机

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2.3.2　表面微孔隙SEE特性实验和模型拟合研究

自20世纪80年代以来，半导体工艺、微加工与精密加工技术获得了长足进步，使得利用表面周期性规则（或非规则）微结构（或微孔隙）控制材料二次电子发射特性成为可能，并

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2.4　金属表面形貌对微放电影响数值模拟研究

基于全波电磁计算方法与粒子模拟技术，对三维计算空间中微放电电子随时间演变规律与趋势进行追踪，能够实现大功率金属微波部件中微放电效应数值模拟与阈值分析。采用FDT

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2.5　本章小结

本章概述了金属二次电子发射特性的测量原理、建模理论，以及表面形貌对金属二次电子发射特性和微放电阈值的影响。在针对金属材料二次电子发射特性的研究中，给出了由机械加

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参考文献

[1]ZHANG H B,HU X C,WANG R,et al.Note:measuring effects of Ar-ion cleaning on th

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第3章　磁性介质二次电子发射特性模拟与实验

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3.1　概述

磁性介质是构成铁氧体环行器的重要组成部分，也是铁氧体环行器具有电磁场传输环行特性的基础[1-3]。不同于金属，磁性介质在受到电子束轰击时，由于电气绝缘性而在表面

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《星载大功率磁性器件微放电抑制技术及其应用》简介

序

前言

目录

第1章　绪论

1.1　概述

1.2　基本概念

1.2.1　二次电子倍增效应

1.2.2　二次电子发射特性

1.2.3　电子源

1.2.4　二次电子发射模型

1.2.5　微放电阈值

1.2.6　单载波、多载波、调制波微放电

1.3　星载介质微放电数值模拟技术发展简史与技术难点

1.4　星载介质微放电抑制技术发展简史与技术难点

1.5　本章小结

参考文献

第2章　金属二次电子发射特性实验与模拟

2.1　概述

2.2　金属二次电子发射测量及理论模型

2.2.1　金属材料二次电子测量原理与平台

2.2.2　基于Vaughan模型的二次电子发射特性模拟

2.2.3　基于Furman模型的SEE模拟

2.3　表面形貌对金属二次电子发射影响的实验与理论研究

2.3.1　随机粗糙起伏SEE特性实验和模型拟合研究

2.3.2　表面微孔隙SEE特性实验和模型拟合研究

2.4　金属表面形貌对微放电影响数值模拟研究

2.5　本章小结

参考文献

第3章　磁性介质二次电子发射特性模拟与实验

3.1　概述