建立微放电效应的条件

微放电效应是在真空条件下，自由电子在两个金属表面间或单个介质表面上激发的二次电子发射与雪崩效应。发生微放电效应需要满足以下条件［41］。

（1）真空条件，微放电效应发生的基本条件是电子的平均自由程必须足够长，使得电子在两平板间加速且具有很小的概率和周围的原子或分子碰撞。压强为10-1 Pa 或更低时，被典型气体（如氮气、氧气及氦气等）包围的电子的平均自由程在数十厘米范围内。对RF（射频）器件来说，典型的缝隙宽度在毫米范围内，在空间轨道环境中，航天器微波器件发生微放电所需的真空条件很容易满足。

（2）材料或介质的二次电子发射系数大于1。电子撞击能与二次电子发射系数关系曲线如图3-26 所示。电子由RF 电压所产生的电场加速，获得能量，入射到壁上的电子必须产生二次电子，而且二次发射电子与入射电子的比值即二次发射系数必须大于1。如果不满足这个条件，那么电子的产生将很快停止，倍增放电就不会持续下去。电子入射能量较小时，原电子不能释放更多的二次电子，因此不能产生倍增放电。在入射能量很大时，原电子的穿透深度大，以至于产生的二次电子陷入物体内部而不能到达表面，同样不能引起倍增放电。因此，原电子的能量必须界于最大值和最小值之间，以保持二次电子倍增击穿的持续进行。同时该能量与电子和所加RF 电场之间的位相角有关。因此，存在一个位相窗口，在这个窗口内，入射电子能引发二次电子，从而产生电子倍增放电。能量和位相的上界与下界使微放电能在很宽的频率范围内发生。

图3-2　6 电子撞击能与二次电子
发射系数关系曲线［42］(www.xing528.com)

（3）自由电子的存在，微放电效应的产生必须有种子自由电子的激发。在太空中存在着很多自由电子源，可以达到较大的电子浓度，其中包括太阳风和范·艾伦带等。航天标准《航天器组件环境试验方法第1 部分：表面充放电试验》要求在一个微波脉冲峰值持续时间内，被测组件周围至少应存在1×102 个自由电子。地面开展微放电效应试验时，人为加入自由电子可诱发微放电现象的发生，自由电子可采用钨丝冷发射的方法获取，或采用放射源产生自由电子（如铯源、锶源等）。自由电子发射源应靠近被测组件，如果使用放射源产生自由电子，可在被测组件表面上贴敷放射源。

（4）二次电子的渡越时间是微波信号半周期的奇数倍，以满足电子共振条件。微放电阈值与微波信号的频率和部件间隙尺寸之积（f×d）有关，波导的微放电阈值电压与f×d 的关系曲线如图3-27 所示，可以看出f×d 越小，微放电阈值越低。尤其在低频段，即使d 很大，微放电阈值仍很低，微波部件在很小的功率条件下就会发生微放电效应。

图3-2　7 波导的微放电阈值电压与f×d 的关系曲线［43］