微放电效应对航天器载荷的影响及优化方案

微放电是一种强真空中微波部件内部的强放电并伴随击穿的放电现象，是影响航天器载荷性能、高可靠性的重要因素。微放电会导致功率组件驻波比增大、反射功率增加、系统噪声增加，甚至永久性损坏，严重影响器件工作的稳定性［44-47］。微放电一旦产生，微波大功率组件除自身性能下降外，会产生过量噪声；二次电子倍增将使组件内表面永久性损坏、性能退化；还将引起无源互调产物［48］；根据选用材料的不同，会引起材料放气问题，微放电有可能引起较强的气体电离击穿问题；对电缆及连接器的表面产生慢性电蚀，最终可能导致其失效［49］。当空间设备中发生微放电效应时，通常会损害系统设备，造成系统不能正常工作。具体的危害通常表现在以下几个方面［43，50-51］。

（1）使谐振类设备失谐，导致所传输的微波信号失调。由于微放电效应的发生，其所引起的加感效应实际上是一种高度非线性的，且随机时变的短期感应阻抗。这种效应会引起谐振腔的Q 值、耦合参数、波导损耗和相位常数等的波动，不可避免地使系统失调，导致系统性能下降。

（2）导致金属内部气体的逸出，产生更严重的气体放电。发生微放电效应以后，便会使设备排气。如果这种气体不用适当的方法排除，便会产生气体放电。

（3）产生靠近载波频率的窄带噪声。

（4）部件表面会被微放电效应产生的电子侵蚀，造成部件性能下降或系统的总体功能失效。

（5）微放电效应是高功率部件中重要的非线性因素，是引起部件无源互调现象的原因之一。(www.xing528.com)

微放电效应是影响航天器载荷性能、高可靠性的重要因素。严重的微放电会导致产品烧毁，尽管微放电初期可能看不到任何放电痕迹，但是持续的结果一定会烧毁器件，从图3-28 所示可以看出，一高功率开关产品刚发生微放电时开盖没有看到任何放电痕迹，以及微放电持续恶化后，最终烧毁产品后开盖可以看到明显的放电烧毁现象。

图3-2　8 某产品微放电发生初期开盖图和烧毁后开盖图［48］

（a）发生初期；（b）烧毁后

微放电现象经常在包括射频窗、加速结构、微波管、耦合结构和模式变换器、天线或传输线、航天器中的射频负载等［52-53］微波系统中被发现。随着航天器载荷技术向大功率、多通道、高密度、小型化方向发展，微放电效应，尤其是高功率、多载波微放电效应将变得更加严重，微放电效应的影响已经成为不可回避的问题，鉴于国内外航天器载荷发展的趋势以及上述微放电效应影响的分析，大功率微波部件微放电效应的问题越来越成为影响航天器安全的一大隐患，由于微放电效应的影响机理，高能强流电子束入射到微波器件的内部，诱发航天器微波器件发生严重的微放电效应，会导致航天器有效载荷噪声增大、输出功率下降、微波传输系统驻波比增大、反射功率增加、信道阻塞和微波部件表面损坏等，甚至导致微波部件永久性失效。