CN108375703A - 用于对被测设备执行微放电测试的测试系统以及用于测试被测设备的方法 - Google Patents

用于对被测设备执行微放电测试的测试系统以及用于测试被测设备的方法 Download PDF

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Abstract

描述了一种测试系统，其中，所述测试系统被配置为对被测设备执行微放电测试。所述测试系统包括：信号生成单元，其被配置为刺激所述被测设备的输入；接收单元，其被配置为接收并测量所述被测设备的至少一个输出信号，以便获得与微放电发生相关的数据。所述信号生成单元和所述接收单元被控制使得两个单元被同时操作。所述信号生成单元被配置为生成用于刺激所述输入的测试信号，所述测试信号同时包括至少两个载波。此外，描述了一种用于测试被测设备的方法。

Description

用于对被测设备执行微放电测试的测试系统以及用于测试被 测设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于对被测设备执行微放电(multipaction)测试的测试系统以及一种用于测试被测设备的方法。
背景技术
在现有技术中，卫星(特别是其有效载荷)的发射前测试是已知的，其中，多个不同的测试被执行。已经证明，微放电发生是在卫星的发射前测试期间必须被执行的另一测试项，其中，这些测试通常被执行在热真空室(TVAC)内部。
微放电(微放电效应)是在真空条件下的电子谐振效应，真空条件例如当局部射频场加速电子使得这些电子与表面碰撞时的空间。如果这些电子的能量足够高，则它们与表面的碰撞将导致所谓的次级电子的释放。新释放的次级电子中的每个都遵循初始电子的相同模式。因此，这可能导致电子的数量的指数级上升，特别是在持续倍增的情况下，因为次级电子发射与交流电场谐振导致电子的指数级倍增。
在射频空间系统中，微放电效应可以通过增加由次级电子生成的噪声而导致射频信号的退化。此外，如果局部射频功率由于电子的数量上升而增加，则将会发生对空间系统的射频部件或子系统的损坏。
一般来说，微放电效应是发生在其中高电场强度普遍的器件中的现象，这种器件例如为高功率行波管放大器(TWTA)、高功率波导以及诸如双工器和滤波器的波导部件。然而，微放电需要为最小，并且针对边界进行测试。
在热真空室内部对卫星进行预发射测试期间，电子的数量的指数级上升可能导致操作失败。另外，这种微放电可能会损坏甚至毁坏卫星和/或测试系统的射频部件。
因此，需要一种测试方法以及测试系统，其确保在测试期间正常工作而不损坏测试部件或被测设备。
发明内容
本发明提供了一种测试系统，其中，所述测试系统被配置为对被测设备执行微放电测试，所述测试系统包括：
信号生成单元，其被配置为刺激所述被测设备的输入，
接收单元，其被配置为接收并测量所述被测设备的至少一个输出信号，以便获得与微放电发生相关的数据，
所述信号生成单元和所述接收单元被控制，使得两个单元被同时操作，
所述信号生成单元被配置为生成用于刺激所述输入的测试信号，所述测试信号同时包括至少两个载波。
本发明还提供了一种用于测试被测设备的方法，其中，利用以下步骤执行微放电测试：
-生成用于刺激所述被测设备的输入的测试信号，所述测试信号由信号生成单元生成，
-通过使用接收单元接收并测量所述被测设备的至少一个输出信号，其中，
所述信号生成单元和所述接收单元被同时操作，所述信号生成单元生成同时包括至少两个载波的测试信号。
本发明基于以下发现：能够在使用测试信号的同时在测试期间的早期阶段识别微放电的发生，所述测试信号同时包括至少两个不同的载波，所述测试信号是几乎静态的，而不是扫频信号，例如连续波扫频信号或幅度调制扫频信号。测试信号的至少两个不同的载波相对于彼此隔开一间隙。因此，测试信号具有独特的几乎静态特性，因为就测试信号的功率水平而言，提供了对应于至少两个载波的至少两个峰值。假设不会发生将改变功率特性的微放电效应，则由接收单元接收的被测设备的输出信号可以具有类似的特性。然而，在发生微放电的情况下，输出信号的特性将不同。这种不同的特性可以被测量并被解释为在测试期间的谐振(微放电)效应的发生。
信号生成单元可以被配置为生成宽带多音频信号。因此，测试信号能够具有多个载波，使得多载波信号被用作测试信号。特别地，多音信号是平坦的，这意味着多音信号具有平坦的频率响应。因此，载波基本上不会相对于频率而变化。
根据一方面，所述至少一个输出信号同时包括至少两个载波。因此，由接收单元接收的输出信号也包括两个载波，使得输出信号通常具有与测试信号相同的特性。假设发生了微放电，则关于功率水平的两个峰值之间的间隙将由被释放的次级电子的能量填补。
根据另一方面，提供了一种分析单元，所述分析单元被连接到所述接收单元。特别地，所述至少一个输出信号由分析单元分析。因此，由接收单元接收到的输出信号被直接转发到分析单元以用于分析目的。例如，分析单元分析被测设备的输出信号的至少两个载波之间的间隙，以便识别两个载波之间的功率水平。由于假设发生微放电，则关于频率的两个载波之间的间隙将被填补，所以能够在分析间隙的同时在测试期间容易地识别出发生。
特别地，所述分析单元被配置为同时分析至少两个载波。因此，例如在卫星的发射前测试期间，微放电测试能够用于关于另外的方面测试被测设备。另外，分析单元被配置为至少分析范围从一个载波到下一载波的频率跨度。因此，当分析由两个载波定义的跨度时，可以容易地识别出微放电效应的发生。
根据某一实施例，所述分析单元和所述接收单元中的至少一个被配置为被实时操作。这意味着所述分析单元和/或所述接收单元具有实时模式，使得能够直接测量和分析输出信号，而不需要完成或停止被测设备的测试。因此，能够在测试期间检测微放电的发生，使得能够立即停止或中断测试，以便防止被测设备和/或测试系统受到任何损坏。
此外，可以在所述分析单元和所述接收单元中的至少一个中提供至少一个阈值，所述阈值是用于微放电的功率水平。因此，所述测试系统被配置为在达到或超过阈值时由于阈值而自动识别微放电效应的发生。特别地，至少一个阈值被用于在测试期间识别微放电的发生，所述阈值是功率水平。因此，由于阈值能够被使用的事实，测试方法还提供关于微放电效应的发生的信息。由于接收单元已经测量输出信号，所以接收单元可以在早期阶段，特别是在将测量的信号转发到分析单元以用于分析目的之前检测微放电效应的发生。发生能够通过参考功率水平而容易地识别出，因为被释放的第二电子将升高接收到的输出信号中的载波之间的功率水平。
根据另一方面，当达到或超过所述阈值时，将输出警告。因此，由于至少达到该阈值而通知操作测试系统的用户微放电效应的发生。由于由微放电效应引起的能量升高可能损坏测试系统或被测设备，尤其是卫星及其有效载荷，所以用户能够由于警告而适当地做出反应并停止测试程序。
此外，所述测试可以在达到或超过所述阈值时被停止。因此，由于测试被自动停止，所以用户不必进行交互。例如，测试系统被配置为在达到或超过阈值的情况下被自动关闭。
通常，可以提供两个不同的阈值，第一阈值与警告有关，并且第二阈值与测试(系统)的停止有关。因此，测试系统的用户最初将被警告以便保持他的注意力，并且如果达到或超过第二阈值，则出于安全目的而将测试停止。
根据某一实施例，提供指示单元，所述指示单元被配置为在测试期间触发关于所述阈值的功率水平，特别地其中，所述指示单元被配置为停止所述测试系统。因此，一旦达到或超过阈值，测试就被停止，以用于限制关于被测设备和测试系统的电子器件的测试时间和安全目的。该指示单元可以包括示出阈值的显示器，使得测试系统的用户能够视觉上识别阈值的交叉点。
此外，所生成的所述测试信号可以具有至少2GHz的带宽，特别是2.5GHz以及更高的带宽。因此，宽带信号能够用于测试被测设备，例如卫星及其有效载荷。
特别地，所述信号生成单元被配置为调节在所述至少两个载波之间提供的间隙。因此，在生成所述测试信号的同时可以设置可调节间隙，所述可调节间隙被提供在所述测试信号的所述至少两个载波之间。因此，能够适当地设置载波的频率，使得关于所设置的参数而生成测试信号。这些参数可以是两个载波的频率和/或在两个载波之间提供的间隙。这三个参数中的两个已经定义了用于微放电测试的测试信号。
根据另一方面，所述信号生成单元被配置为生成用作所述测试信号的幅度调制信号。因此，多个有用的信号能够在相对于彼此之间没有任何干扰的情况下被使用。
此外，可以提供至少一个条件改变单元，其被配置为特别是在测试所述被测设备期间改变用于测试所述被测设备的条件。条件改变单元可以通过分别改变温度和压力的温度改变单元或压力改变单元来建立。因此，能够针对所述测试设置或者在所述测试期间改变至少一个测试条件，尤其是温度和/或压力。因此，可以提供特定测试情景，其中，压力和温度被设置。此外，这些测试参数能够在被测设备(例如卫星，尤其是其有效载荷)的测试期间变化。这些变化的条件可以是测试情景的部分。
此外，所述测试系统可以包括被测设备，特别地其中，所述被测设备是卫星。
特别地，所述测试系统被配置为执行如上所述的方法。
附图说明
现将参考附图中示出的优选实施例来描述本发明。在附图中，
-图1示意性示出了根据本发明的测试系统，以及
-图2示出了根据本发明的在测试方法期间记录的实时谱。
具体实施方式
在图1中，示出了用于对被测设备(特别是具有有效载荷的卫星)执行微放电测试的测试系统10。
在示出的实施例中，测试系统10包括信号生成单元12、接收单元14和分析单元16。这些不同的单元12至16均彼此独立地被形成，而这三个单元12至16可以备选地至少部分地被建立在共同的设备中。例如，接收单元14和分析单元16可以被整体形成。
在示出的实施例中，测试系统10包括热真空室18，热真空室18用于测试位于热真空室18中的被测设备20。
信号生成单元12被配置为生成被馈送到热真空室18中的测试信号，使得测试信号被用于刺激被测设备20，特别是被测设备20的输入22。在示出的实施例中，被测设备20由具有有效载荷的卫星建立。被测设备20可以是测试系统10的部分。
由信号生成单元12生成的测试信号被转发到被测设备20，使得被侧设备20生成的输出信号由接收单元14接收和测量。
因此，信号生成单元12和接收单元14被直接分配给容纳被测设备20的热真空室18。具体地，信号生成单元12包括用于发送所生成的测试信号的发送天线系统，而接收单元14具有用于接收被测设备20的输出信号的接收天线系统。
接收单元14被分配给分析单元16，分析单元16被配置为分析所转发的输出信号。例如，接收单元14可以被直接连接到被测设备20，其中，连接线能够被使用。
该测试系统10被配置为执行微放电测试以便验证和分析微放电(微放电效应)的发生。
出于这个目的，信号生成单元12生成同时包括至少两个载波的测试信号。特别地，生成用作测试信号的宽带多音信号。此外，测试信号可以是幅度调制信号。所生成的测试信号具有平坦的频率响应，以确保载波具有预期的频率。
由被测设备20处理的测试信号在功率水平图中包括至少两个不同的峰值，功率水平图图示了测试信号相对于频率的功率水平。由于多音测试信号包括多个载波，所以在不发生微放电时提供关于功率水平的相邻载波之间的间隙。信号生成单元12被配置为设置测试信号。因此，载波的频率和/或载波之间的间隙可以由测试系统10的用户设置。
由接收单元14接收的被测设备20的输出信号也包括这些多个载波。分析单元16被配置为同时分析至少两个载波，特别是由两个相邻载波提供的频率跨度。例如，测试信号的载波被用于进一步的测试目的。因此，能够在执行微放电测试的同时分析这些测试目的。
通常，信号生成单元12、接收单元14以及分析单元16被同时操作，使得在同时测量和分析被测设备20的输出信号的同时生成测试信号。
此外，接收单元14和分析单元16被配置为实时操作，这意味着两个单元14、16都具有实时模式。这确保了能够在测试期间直接提供测量和/或分析结果。
通常，可以提供指示单元24，其能够用于指示微放电的发生。
在示出的实施例中，指示单元24是分析单元16的部分，因为分析单元16能够用于特别是实时地显示输出信号的谱。
备选地，指示单元24可以相对于分析单元16单独地被形成。例如，指示单元24能够被单独地使用，使得接收单元14被直接连接到指示单元24，特别地其中，指示单元24被配置为显示所获得的数据。
特别地，指示单元24包括用于实时显示接收到的输出信号的谱的显示器。在图2中示出这种实时谱。
表示时间谱的图示出由被测设备20生成的(特别是在卫星的传输线中的)输出信号A的功率水平。输出信号具有多个载波(功率水平中的峰值)，其中，除了在示出的实时谱中高达-60dBm的噪声之外，在载波之间还提供间隙。
此外，因为不同载波之间的间隙由于次级电子的能量导致功率水平升高(例如高达-30dBm)而被填满，所以发生微放电B是可见的。因此，由于微放电效应而发生不同载波之间的偶尔出现的大量谱增长。如可以看出的，发生的微放电B对谱具有很大影响，特别是在噪声方面。
当接收单元14和分析单元16被实时操作时，测试系统10的用户能够通过检查指示单元24和分析单元16中的至少一个来直接识别微放电的发生并停止测试(系统10)。
此外，可以在接收单元14或分析单元16中提供至少一个阈值。备选地，两个单元14、16都可以具有阈值。
阈值能够是功率水平，使得阈值被用于当载波之间出现的大量谱增长导致可能达到或甚至超过预定义阈值的特定功率水平时自动识别微放电的发生。因此，阈值可以被限制到两个相邻载波之间的频率跨度。
指示单元24还可以被配置为在测试期间触发关于所述阈值的功率水平。因此，一旦已经达到或超过阈值，测试就可以被停止。因此，指示单元24，特别是分析单元16，被连接到信号生成单元12和/或测试系统10的其他部件，以便一旦达到或超过阈值就关闭测试系统10。
例如，可以提供两个不同的阈值，其中，第一阈值对应于将警告测试系统10的用户的警告。可以提供具有较高功率水平的第二阈值用于停止测试系统10或测试。因此，用户最初由于微放电的发生而出现的功率水平被警告。如果进一步出现由于微放电的发生而引起的功率水平，并且用户还没有停止测试系统10或手动测试，则在达到或超过第二阈值的情况下，测试系统10或测试被自动停止。
在示出的实施例中，测试系统10还包括两个不同的条件改变单元26，即温度改变单元28和压力改变单元30。两个改变单元28、30都用于将热真空室18内部的温度和压力调节到期望的测试情景。例如，条件改变单元26可以用于在测试期间改变温度和/或压力，以便例如模拟卫星的行程(改变温度)。
通常，测试系统10以及测试方法提供在热真空室内部测试卫星方面的改进，因为能够实时检测到微放电的发生。因此，能够在早期阶段停止测试程序，确保被测设备20和/或测试系统10将不被损坏。另外，热真空室18内部的测试时间能够被减少。
此外，高带宽由于多音信号被用于测试的事实而能够被驱动。

Claims (15)

1.一种测试系统(10)，其中，所述测试系统(10)被配置为对被测设备(20)执行微放电测试，所述测试系统(10)包括：
信号生成单元(12)，其被配置为刺激所述被测设备(20)的输入(22)，
接收单元(14)，其被配置为接收并测量所述被测设备(20)的至少一个输出信号，以便获得与微放电发生相关的数据，
所述信号生成单元(12)和所述接收单元(14)被控制使得两个单元(12、14)被同时操作，
所述信号生成单元(12)被配置为生成用于刺激所述输入(22)的测试信号，所述测试信号同时包括至少两个载波。
2.根据权利要求1所述的测试系统(10)，其中，所述至少一个输出信号同时包括至少两个载波。
3.根据权利要求1或2所述的测试系统(10)，其中，分析单元(16)被提供，所述分析单元(16)被连接到所述接收单元(14)，特别地其中，所述分析单元(16)被配置为同时分析至少两个载波。
4.根据权利要求3所述的测试系统(10)，其中，所述分析单元(16)和所述接收单元(14)中的至少一个被配置为实时操作。
5.根据权利要求3或4所述的测试系统(10)，其中，在所述分析单元(16)和所述接收单元(14)中的至少一个中提供至少一个阈值，所述阈值是用于微放电的功率水平，特别地其中，指示单元(24)被提供，所述指示单元(24)被配置为在测试期间触发关于所述阈值的所述功率水平，特别地其中，所述指示单元(24)被配置为停止所述测试系统(10)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的测试系统(10)，其中，所生成的所述测试信号具有至少2GHz的带宽，特别是2.5GHz以及更高的带宽。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的测试系统(10)，其中，所述信号生成单元(12)被配置为调节在所述至少两个载波之间提供的间隙。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的测试系统(10)，其中，所述信号生成单元(12)被配置为生成用作所述测试信号的幅度调制信号。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的测试系统(10)，其中，至少一个条件改变单元(26)被提供，所述至少一个条件改变单元(26)被配置为特别是在测试所述被测设备(20)期间改变用于测试所述被测设备(20)的条件。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的测试系统(10)，其中，被测设备(20)被提供，特别地其中，所述被测设备(20)是卫星。
11.一种用于测试被测设备(20)的方法，其中，利用以下步骤执行微放电测试：
a)生成用于刺激所述被测设备(20)的输入(22)的测试信号，所述测试信号由信号生成单元(12)生成，
b)通过使用接收单元(14)接收和测量所述被测设备(20)的至少一个输出信号，其中，
所述信号生成单元(12)和所述接收单元(14)被同时操作，所述信号生成单元(12)生成同时包括至少两个载波的测试信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述至少一个输出信号同时包括两个载波，和/或其中，所述至少一个输出信号由分析单元(16)分析。
13.根据权利要求11至12中的任一项所述的方法，其中，在生成所述测试信号的同时设置可调节间隙，所述可调节间隙被提供在所述测试信号的所述至少两个载波之间。
14.根据权利要求11至13中的任一项所述的方法，其中，针对所述测试设置或者在所述测试期间改变至少一个测试条件，特别是温度和/或压力。
15.根据权利要求11至14中的任一项所述的方法，其中，至少一个阈值被用于在测试期间识别微放电的发生，所述阈值是功率水平，特别地其中，当达到或超过所述阈值时输出警告，和/或其中，当达到或超过所述阈值时停止所述测试。
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