[发明专利]微放电效应检测双路微波信号自动调零装置与方法

说明书

本发明提出了一种微放电效应检测双路微波信号自动调零装置，正向/反向耦合信号输入后，由电桥将信号分为两部分，一部分到功率监测模块进行参数监测，另一部分到调幅调相通道进行调零；信号进入调幅调相通道后，先根据功率检测数据，通过数控衰减器将两路信号幅度调成一致；两路信号幅度一致后，首先，信号通过数控移相器后进入同相合路器进行信号合成，在调零信号幅度监测模块的辅助下进行信号相位调节。本发明的自动调零装置，可靠性及使用寿命成倍提高并延长；另外无需额外的功率计，简化了系统构成，也一定程度上提高了系统的可靠性；而且，自动调零功能的实现避免了人为操作失误，保障了微放电效应检测的有效性。

技术领域

本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种微放电效应检测双路微波信号自动调零装置，还涉及一种微放电效应检测双路微波信号自动调零方法。

背景技术

微放电效应又称二次电子倍增效应，是指在真空条件下，自由电子在外加射频场的加速下，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倍增效应，是一种真空谐振放电现象，是影响空间电子设备可靠性的一个十分重要的因素。

微放电效应主要发生在航天器以及航空临近空间的微波系统内。当前航天器大功率微波设备的峰值功率量级已经达到了kW级以上，伴随着功率量级的不断提高，首当其冲要解决的一个重要问题就是大功率微波器部件在真空环境下固有的微放电效应。若大功率微波器部件的微放电阈值未满足要求，其在自身结构尺寸、微波频率、电磁场强度、材料表面二次电子发射系数等参数满足一定条件时，产生的微放电现象会造成微波系统增益下降、传输性能变坏、信号噪声增大，使微波系统不能正常工作。某种情况下，微放电现象会造成微波器部件的介质材料、粘接剂等出气，形成局部低真空条件，这时微波电场可能使低真空环境的气体分子电离，产生功率击穿、电弧放电等低气压放电现象，产生的高温强电离效应会烧坏微波系统，工作寿命提前结束，使航天器出现彻底失效的灾难性故障。因此航天大功率微波器部件载荷在研制、生产到使用每个环节都要做真空微放电的试验测试，以验证微放电阈值是否满足实际工作要求，保证系统在轨运行的正常性。

微放电效应的检测需要根据被测件自身的特性选择合适的测试方案，其中前向/后向功率检测及前向/后向功率调零检测是通过监测被测件输入端口反射信号幅度和相位的变化情况实现微放电效应检测的。

前向/后向功率检测及前向/后向功率调零检测技术原理如图1所示，传输信号及反射信号经大功率双向定耦按比例耦合出一部分用于信号监测，正反向耦合信号在调零单元中分为两路：一路输出至功率计，分别监测正向平均功率、正向峰值功率、反向平均功率；另一路进入调零通道进行调零，用频谱仪监测调零信号频谱。

现有调零单元原理如图2所示，正向耦合信号在调零单元中通过3dB电桥分为两路：一路经功分器再分为两路，然后输出至外部均值功率计和峰值功率计；另一路进入调零通道。反向耦合信号经3dB电桥分为两路：一路输出至外部均值功率计；另一路进入调零通道。将进入调零通道的两路信号通过手动调节衰减器、移相器调成等幅反相，合路输出后形成调零信号，用频谱仪监测调零频谱是否有异常跳动。

现有调零技术的主要缺点为：

(1)效率低：现有技术仍依赖于手动调节衰减器、移相器，实现单路微波信号的调幅、调相，在微放电效应检测过程中，大功率激励源输出功率是步进增长，直至达到被测件的额定工作功率，功率每调节一次，就需重新调节调零状态，一次试验需要多次调节调零单元，全手动调节极大延长了试验时间，降低了测试效率；

(2)测试灵敏度低：将两路微波信号调成等幅反相，在实际测试中根本无法实现，为了提高微放电效应检测的灵敏度，只能寄希望于将调零电平尽可能的调至最小，但现有调零通道调幅、调相分辨率都比较差，很难实现信号幅度及相位的精密控制，再加上全手动操作，受人为因素影响比较大，一般很难将调零信号幅度调至预期值，降低了微放电效应的检测灵敏度；