CN104062565B - 一种利用互调分量检测微波部件微放电的方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用互调分量检测微波部件微放电的方法，这一方法的核心是利用多个信号输入被测系统或部件，由于微放电的非线性特性，使得输出产生输入的多个信号之间的互调信号，利用微放电发生前后互调信号幅度的变化来检测微放电现象。该方法主要包括以下几个步骤：对于单载波和脉冲工作条件下选择符合规则的连续波作为测试的辅助载波，对于多载波情况下不需要增加辅助载波；按照测试原理框图连接微放电检测系统；通过观测多个信号之间互调分量幅度变化来检测微放电现象。该方法与现有的微放电检测方法相比，都能灵敏可靠地检测微放电现象，但该方法检测设备更加简单，同时检测微放电的思想新颖。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种利用互调分量检测微波部件微放电的方法，适用于微放电检测领域。
背景技术
近年来，随着空间技术的发展，微波部件工作的功率越来越大，使得空间微波部件发生微放电的可能性大大增加。航天器有效载荷中的大功率微波部件如输出多工器、滤波器、开关矩阵、天线馈源等，由于其结构复杂，导致微放电阈值相对较低，因此很容易产生微放电效应。微放电效应一旦发生将造成严重后果：系统噪声电平抬高，输出功率下降；微波传输系统驻波比增大，反射功率增加，导致信道阻塞；微波部件表面损坏导致不能正常工作。一方面，微放电发生会产生严重影响，而且微放电产生机理复杂，其机理至今还没有被完全掌握；另一方面，实际中制作工艺与工艺缺陷，以及存放过程中可能带来的污染等方面原因，会导致实际的微放电阈值比设计的低。因此，一般对制造好的器件以及待使用的器件或系统需要进行微放电测试，以证明其在实际工作情况下的可用性。
目前，国内外对微放电的测试已经研究出了一些检测方法，如近载波噪声检测法，相位噪声检测法等，但这些方法主要适用于一般采用功率相对低的微波器件的卫星通信系统，这种情况下可使用连续波进行测试。对于大功率微波部件的微放电测试，有时需要加载几千瓦，甚至上万瓦的功率，使用连续波测试已变得非常困难，这时最好采用脉冲测。随着大功率器件使用功率的不断提高，对于使用脉冲检测微放电方法的研究就显得更加紧迫。尽管已有的检测方法，如谐波检测法、前后向功率检测法和调零检测法也可用于脉冲工作模式下检测微放电，但是谐波法随着使用频段的提高给检测设备提出了更高的要求，前后向功率检测法对于被测件要求是高品质因数器件检测方法才相对灵敏，调零检测法会由于污染杂质等原因使得检测出现误判。因此，对于脉冲工作模式下，大功率微波部件的微放电检测方法有待于进一步研究。
发明内容
本发明技术解决的问题是：在现有微放电检测方法的基础上，提出一种利用互调分量检测微波部件微放电的方法，这种检测方法可以灵敏可靠地检测微放电现象，并且利用互调分量检测微放电的思想可以用于单载波、多载波和脉冲三种模式下微放电检测。
本发明的技术解决方案是：一种利用互调分量检测微波部件微放电的方法，步骤如下：
(1)确定被测微波部件输入测试信号的类型，若为多载波信号，则进入步骤(2)，若为单载波信号或者调制脉冲信号，则进入步骤(3)；
(2)计算多载波信号中所有载波两两之间的三阶互调分量的频率，选择与多载波信号频率最接近的互调分量的频率，并将选择的频点标记在频谱仪上，进入步骤(4)；
(3)若为单载波信号，则选择一个单载波作为辅助载波，计算辅助载波信号与单载波信号的三阶、五阶和七阶互调分量的频率，并将频点标记在频谱仪上；若为单脉冲信号，则选择一个单载波作为辅助载波，计算辅助载波信号与脉冲信号之间的三阶、五阶和七阶互调分量的频率，并将频点标记在频谱仪上，进入步骤(4)；
(4)将频谱仪的视频带宽调节到只显示奇数阶互调分量的频段，观测标记在频谱仪上标记频点的互调分量幅度，若幅度变化，则说明发生了微放电，若幅度不变化，则说明未发生微放电。
若测试信号为调制脉冲信号，则选择一个单载波作为辅助载波，具体为：在调制脉冲工作条件下，选择一个单载波作为辅助载波，辅助载波频率选择范围在f0±100fτ与2f0-100fτ之间；其中f0为被调制脉冲的调制信号频率，τ为脉冲信号的脉宽且fτ＝1/τ，辅助载波功率低于脉冲功率至少10dB。
若为单载波信号，则选择一个单载波作为辅助载波，具体为：在单载波条件下，辅助载波频率的选择范围为：f±10％W，其中，f为被测件测试中心频率，W为被测件带宽，辅助载波功率低于测试载波功率至少10dB。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
(1)本发明中，在多载波条件下利用载波之间的互调分量观测，单载波和调制脉冲条件下加入辅助载波，利用辅助载波与测试信号的互调分量观测，由于互调分量在放电发生前后出现从无到有的变化，利用互调分量的幅度变化检测微放电现象，能灵敏的检测出微放电现象；
(2)本发明提出的利用互调分量变化来检测微放电现象，由于没有其他现象可以导致系统非线性特性短时变化，从而引起互调分量幅度变化，因此本发明的互调检测法检测结果可靠；
(3)本发明，仅在输出端采用频谱仪观测被测件输出信号中的互调分量，检测设备相对简单，操作方便；
(4)在多载波工作条件下，输出端频谱仪还可以显示微放电发生前系统的非线性程度，从而可以区分系统本身的非线性产生的互调和交调分量，与微放电产生的互调信号，系统本身非线性产生的互调和交调分量的幅度在微放电发生前不变，微放电发生后，互调和交调分量的幅度会发生剧烈变化，因此可以通过互调分量点的检测区分系统自身的非线性特性与微放电现象；
(5)本发明仅通过观测多载波各信号之间的互调分量幅度变化就可以检测微放电现象，很大程度上降低了检测设备复杂度。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的阐述。
如图1所示为本发明方法的具体流程图，由图1可知，本发明提出的一种利用互调分量检测微波部件微放电的方法，其特征在于步骤如下：
(1)确定被测微波部件输入测试信号的类型，若为多载波信号，则进入步骤(2)，若为单载波信号或者调制脉冲信号，则进入步骤(3)；
(2)计算多载波信号中所有载波两两之间的三阶互调分量的频率，选择与多载波信号频率最接近的互调分量的频率，并将选择的频点标记在频谱仪上；进入步骤(4)；
(3)若为单载波信号，则选择一个单载波作为辅助载波，若测试信号为调制脉冲信号，则选择一个单载波作为辅助载波，具体为：在调制脉冲工作条件下，选择一个单载波作为辅助载波，辅助载波频率选择范围在f0±100fτ与2f0-100fτ之间；其中f0为被调制脉冲的调制信号频率，τ为脉冲信号的脉宽且fτ＝1/τ，辅助载波功率低于脉冲功率至少10dB；
若为单载波信号，则选择一个单载波作为辅助载波，具体为：在单载波条件下，辅助载波频率的选择范围为：f±10％W，其中，f为被测件测试中心频率，W为被测件带宽，辅助载波功率低于测试载波功率至少10dB；
计算辅助载波信号与单载波信号的三阶、五阶和七阶互调分量的频率，并将频点标记在频谱仪上；若为单脉冲信号，则选择一个单载波作为辅助载波，计算辅助载波信号与脉冲信号之间的三阶、五阶和七阶互调分量的频率，并将频点标记在频谱仪上；
(4)将频谱仪的视频带宽调节到只显示奇数阶互调分量的频段，观测标记在频谱仪上的步骤(2)和步骤(3)中标记频点的互调分量幅度，若幅度变化，则说明发生了微放电，若幅度不变化，则说明未发生微放电。
实施例
利用互调分量检测微放电的检测系统，其性能满足微放电测试要求。检测结果灵敏、可靠。
目前工程中，多载波测试用二次谐波检测法的谐波分量电平检测微放电现象，调制脉冲测试时用调零检测法的调零电平和谐波检测法的谐波分量电平检测微放电现象。下面给出调制脉冲模式和多载波模式下微放电检测的实例。
按照此方法的步骤进行检测，在调制脉冲模式下对被测件进行微放电测试，选择二次谐波检测法、调零检测法和互调分量检测发同时检测微放电现象。被测件为同轴变换器，其测试频率，即调制频率为f0＝290MHz，阈值功率约为180W，选择矩形脉冲，脉宽为τ＝100μs，占空比为1％；辅助载波频率选择为f1＝f0+100fτ＝291MHz，功率为10W；计算三阶互调分量频率为289MHz和292MHz，五阶互调分量频率为288MHz和293MHz，七阶互调分量频率为287MHz和294MHz；频谱仪视频带宽调整为286MHz～296MHz，在频谱仪上标记293MHz和294MHz。在185W时发生微放电现象，互调分量与调零电平及二次谐波分量都同时发生了变化。发生微放电前后，调零检测法的调零电平、谐波检测法的二次谐波电平和互调分量检测法标记的互调分量电平，如表1所示。
表1
由于三种检测方法都能同时检测出微放电现象，因此可以认为互调分量检测法能够可靠地检测出微放电现象；由表1中的观测点电平变化，可以看出互调分量检测法可以灵敏地检测出微放电现象，且具有最高的微放电后电平。同时，互调分量检测法中，不需将微放电前电平控制在一个很低的水平，因此不需要进行滤波处理，使用仪器设备简单，对设备要求相对较低(谐波检测法要求使用频段较高的频谱仪、谐波耦合器、高通滤波器和低噪声放大器；调零检测法需要选择适合频段的调零单元)。
对于多载波检测，工程中常用谐波检测法观测二次谐波分量检测微放电现象。互调分量检测法对于多载波微放电检测，是一种新的检测方法，且互调检测法检测结果灵敏可靠，检测设备简单。下面给出互调检测法用于多载波微放电检测的例子。选择被测件为同轴变换器，试验中选择互调分量检测法与二次谐波检测法同时检测微放电现象。在多载波条件下，被测件输入信号为五路载波，其频率分别为：290MHz、294MHz、298MHz、302MHz、306MHz，初始相位均设为0°，计算的三阶互调分量频率分别为：274MHz、278MHz、282MHz、286MHz、310MHz、314MHz、316MHz、320MHz，标记的三阶互调分量频率分别为：286MHz和310MHz。各路载波功率为22W时发生微放电现象，此时互调分量检测法中标记的三阶互调分量电平和二次谐波检测法中的二次谐波电平同时发生了变化，其中，标记的三阶互调分量电平变化都超过了20dB，二次谐波电平变化范围为15dB～20dB。因此，可以看出互调分量检测法可以灵敏可靠地检测微放电现象。同时，互调分量检测法检测设备相对简单(二次谐波检测法需要使用高频段的频谱仪、谐波耦合器、高通滤波器和低噪声放大器)。
由此，可以看出互调分量检测法检测微放电现象灵敏可靠，且检测设备相对简单。
本发明说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (3)
1.一种利用互调分量检测微波部件微放电的方法，其特征在于步骤如下：
(1)确定被测微波部件输入测试信号的类型，若为多载波信号，则进入步骤(2)，若为单载波信号或者调制脉冲信号，则进入步骤(3)；
(2)计算多载波信号中所有载波两两之间的三阶互调分量的频率，选择与多载波信号频率最接近的互调分量的频率，并将选择的频点标记在频谱仪上，进入步骤(4)；
(3)若为单载波信号，则选择一个单载波作为辅助载波，计算辅助载波信号与单载波信号的三阶、五阶和七阶互调分量的频率，并将频点标记在频谱仪上；若为调制脉冲信号，则选择一个单载波作为辅助载波，计算辅助载波信号与脉冲信号之间的三阶、五阶和七阶互调分量的频率，并将频点标记在频谱仪上，进入步骤(4)；
(4)将频谱仪的视频带宽调节到只显示奇数阶互调分量的频段，观测标记在频谱仪上标记频点的互调分量幅度，若幅度变化，则说明发生了微放电，若幅度不变化，则说明未发生微放电。
2.根据权利要求1所述的一种利用互调分量检测微波部件微放电的方法，其特征在于：若测试信号为调制脉冲信号，则选择一个单载波作为辅助载波，具体为：在调制脉冲工作条件下，选择一个单载波作为辅助载波，辅助载波频率选择范围在f0±100fτ与2f0-100fτ之间；其中f0为被调制脉冲的调制信号频率，τ为脉冲信号的脉宽且fτ＝1/τ，辅助载波功率低于脉冲功率至少10dB。
3.根据权利要求1所述的一种利用互调分量检测微波部件微放电的方法，其特征在于：若为单载波信号，则选择一个单载波作为辅助载波，具体为：在单载波条件下，辅助载波频率的选择范围为：f±10％W，其中，f为被测件测试中心频率，W为被测件带宽，辅助载波功率低于测试载波功率至少10dB。
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