能量电子引起的微放电效应增强

为了验证电子束具备诱发微波部件微放电的能力，设计了电子束诱发特殊压缩波导微放电效应演示试验。本试验利用高功率微波源提供的峰值功率为10 kW、频率为9.7 GHz 的微波信号通入特殊结构波导，在特殊波导壁开孔，将电子枪提供的30 keV 电子束引入特殊波导内部，同时在波导壁开孔，利用机械泵和分子泵对特殊波导内抽真空，在特殊波导内通入微波信号的同时，打开电子枪，观察微波信号通过特殊波导的波形，通过观察电子束引入前后，将传输波形的变化作为表征发生微放电现象的判据。

试验布局简图如图3-29 所示，发生微放电的结构为特殊结构波导，该波导是在标准X 波段矩形波导的基础上设计的X 波段放电特殊波导，设计如图3-30所示，放电压缩波导段的横截面尺寸为a=22.86 mm，b=1 mm，放电波导到端口是渐变的过渡波导，端口是标准的BJ100 矩形波导接口；试验通过正反向波形检测法检测微放电现象，即将定向耦合器耦合的透射信号经过衰减器和检波器输入示波器，同时双定向耦合器的反射微波信号经过衰减器和检波器输入功率计，监测透射和反射微波信号的波形。电子束诱发微放电试验现场布局如图3-31 所示，具体连接按照图3-29 布局所示进行连接，示波器1 通道连接双定向耦合器的正向耦合端，示波器2 通道连接特殊结构波导后端定向耦合器的耦合端，功率计连接双定向耦合器的反向耦合端。

图3-2　9 试验布局简图

图3-3　0 HFSS 设计X 波段放电特殊波导

图3-3　1 电子束诱发微放电试验现场布局

1—定向耦合器；2—高压电源；3—示波器；4—特殊波导；5—电子枪；6—功率计；7—双定向耦合器；8—环形器；9—微波源

试验过程中首先对整个特殊波导区域抽真空，真空度达到2.7×10-3 Pa 时趋于稳定，再接通微波源，将峰值为10 kW、脉宽为1 μs、频率为9.7 GHz 矩形方波信号通入上述链路，通过示波器观察到如图3-32 所示的透射波形，通过透射波形看到是标准的矩形波，脉冲宽度为1 μs，与微波源输出波形一致，说明在没有引入电子束时，该特殊结构压缩波导能够正常传输微波信号。紧接着，在电子枪灯丝加7.7 V 电压，逐渐从0 V 增大加速电压，加速电压达到200 V 时，通过示波器观测到微波信号开始受到干扰，透射波形出现截止现象，如图3-33 所示；当继续增大电子枪加速电压，最大达1 000 V 时，此时灯丝电流约为25 mA，透射波形如图3-34 所示，透射微波信号截止明显提前，脉宽变窄；同时通过功率计观测反射信号波形，图3-35 给出了电子束引入前后的反射波形，可以看到当特殊结构波导发生放电后，反射功率大幅增加，此时特殊波导几乎处于全反射状态。(www.xing528.com)

图3-3　2 无电子束引入的透射波形

图3-3　3 电子束引入的透射波形（加速电压200 V）

图3-3　4 电子束引入的透射波形（加速电压1 000 V）

图3-3　5 放电前后反射波形图

通过透射波形和反射波形可以看到，当电子枪灯丝加载电压时，在加速电压的作用下，电子束入射到试验波导中，透射微波信号出现明显的截止现象，入射电子能量越大，信号截止越早，放电越严重。试验结果说明了电子枪提供的电子束能够诱发特殊微波部件发生明显微放电现象。