真空罐穿艙法蘭介質(zhì)微放電的實(shí)驗(yàn)研究*

王新波 白鶴 孫勤奮 殷新社 張洪太 崔萬照

(西安空間無線電技術(shù)研究所, 空間微波技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 西安 710100)

1 引 言

在過去的幾十年, 微放電在航天器有效載荷[1-3]、高功率微波[4-6]和高能加速器[7,8]等領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注, 而介質(zhì)表面微波擊穿是高功率微波產(chǎn)生和傳輸最為薄弱的瓶頸因素, 為了克服這一問題, 人們對(duì)其擊穿的機(jī)理和過程開展了深入研究[4-6,9-11].理論和實(shí)驗(yàn)研究表明, 介質(zhì)表面微波擊穿是由介質(zhì)表面的單邊微放電效應(yīng)觸發(fā)的, 在電子碰撞下介質(zhì)表面解析或蒸發(fā)形成氣體層, 在微波場的作用下發(fā)生氣體電離放電并最終演化為介質(zhì)表面的等離子體擊穿, 從而使得高功率微波信號(hào)無法有效傳輸[6].

隨著航天器有效載荷射頻功率逐漸增加, 對(duì)地面環(huán)境模擬試驗(yàn)用真空罐穿艙法蘭的功率容量提出了更高要求, 而穿艙法蘭的真空一側(cè)介質(zhì)表面會(huì)發(fā)生單邊微放電效應(yīng), 嚴(yán)重制約了地面環(huán)境模擬試驗(yàn)功率容量的提升, 成為制約航天器有效載荷研制的瓶頸之一.而已有的關(guān)于介質(zhì)表面微波擊穿的研究表明, 為了實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)穿艙法蘭的穩(wěn)定可靠工作,關(guān)鍵是要避免介質(zhì)表面發(fā)生單邊微放電, 從而去除對(duì)最終介質(zhì)表面微波擊穿的觸發(fā).這其中的物理問題之一是介質(zhì)表面單邊微放電效應(yīng).

在介質(zhì)單表面微放電實(shí)驗(yàn)方面, Neuber等[12]探測到氫原子和碳離子的光譜發(fā)射, 證明了介質(zhì)表面擊穿是微放電過程中電子撞擊介質(zhì)表面導(dǎo)致出氣……