CN109298235A - 一种微放电功率动态跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微放电功率动态跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将峰值功率计一和峰值功率计二分别与调零单元和衰减器连接；2)标定待测件输入口功率；3)将待测件接入微放电检测试验的系统；4)在微放电检测试验的过程中，根据峰值功率计一读出的平均功率和峰值功率与标定后的预期平均功率和峰值功率的关系，及时调整信号源输出或调制单元的顶底电平，使峰值功率计一读出的平均功率和峰值功率接近标定后的预期平均功率和峰值功率。本发明的动态跟踪方法通过对微放电测试系统调零单元和衰减器的平均功率和峰值功率的动态跟踪，调节信号源和调制单元的输出，提高了微放电效应试验的准确性、可靠性及安全性。

Description

一种微放电功率动态跟踪方法

技术领域

本发明属于微波器件测试技术领域，特别涉及一种微放电功率动态跟踪方法。

背景技术

微放电效应是发生在两个金属表面之间或者是单个介质表面上的一种谐振真空放电现象。它是由射频电场激发的，通常是真空条件下在微波系统中发生。发生的条件根据微放电类型而有所不同，当功率、频率和器件内部结构缝隙尺寸满足一定关系时会发生。这种现象的产生又与真空压力、加工工艺、表面处理、材料、污染等因素有关。

微放电发生时会带来底噪增高、信号恶化等缺陷，甚至导致微波器件的永久损坏。一直以来对于通信、导航以及遥感卫星来说，微放电效应的发生对于整星的安全存在着巨大的威胁，为了保障卫星的安全和在轨的正常运转，微放电效应检测试验是卫星研制过程中必不可少的环节。

微放电效应的发生需要在真空条件下，并且具备自由电子，在施加射频电压的情况下并在一定的条件下才会导致微放电效应的发生。现有技术中微放电效应的检测试验方法有全局法，全局法中的调零法是采用调零单元通过对前向和反向信号幅度和相位调节并合成，达到一种“调零”状态，当微放电发生时该调零状态即发生变化。这种方法是在常温常压情况下，将待测件输入口需要的功率进行标定，然后将待测件放入真空环境中，将功率提升至待测件需要的功率后，开始测试，期间不会对功率进行改变。但是由于功率放大器的增益会随时间及温度的变化而发生改变，这就会导致测试结果的不准确。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种微放电功率动态跟踪方法，通过对微放电测试系统调零单元和衰减器的平均功率和峰值功率的动态跟踪，调节信号源和调制单元的输出，提高了微放电效应试验的准确性、可靠性及安全性。

本发明的具体技术方案是一种微放电功率动态跟踪方法，用于微放电检测试验，微放电检测试验的系统包括信号源、调制单元、功率放大器、真空罐、衰减器和调零单元，其特征在于，包括以下步骤：

1)将峰值功率计一和将峰值功率计二分别与调零单元和衰减器连接；

2)标定待测件输入口功率，标定时，待测件不接入微放电检测试验的系统，具体标定过程是，调节信号源输出功率与调制单元的顶底电平，当峰值功率计二的读出的平均功率和峰值功率，减去包括衰减器的待测件后端链路的功率损耗值，达到待测件预期平均功率和峰值功率时，记录峰值功率计一的读出的平均功率和峰值功率为标定后的预期平均功率和峰值功率；

3)将待测件接入微放电检测试验的系统，调整信号源输出和调制单元的顶底电平，使峰值功率计一读出的平均功率和峰值功率达到标定后的预期平均功率和峰值功率；

4)在微放电检测试验的过程中，根据峰值功率计一读出的平均功率和峰值功率与标定后的预期平均功率和峰值功率的关系，即时调整信号源输出或调制单元的顶底电平，使峰值功率计一读出的平均功率和峰值功率接近标定后的预期平均功率和峰值功率。

更进一步地，所述的步骤1)之前还对衰减器的待测件后端链路的功率损耗值进行测定，具体包括以下步骤：

a)用参考线连接信号源和平均功率计，对参考线的损耗功率值进行测量；

b)在参考线与平均功率计连接包括衰减器的待测件后端链路，对参考线和包括衰减器的待测件后端链路的功率损耗值进行测量，将这一次的测量结果减去参考线的损耗功率值，得到包括衰减器的待测件后端链路的功率损耗值。更进一步地，所述的步骤4)中即时调整信号源输出或调制单元的顶底电平的方法包括以下步骤：

4.1)如果峰值功率计一读出的平均功率超出标定后的预期平均功率范围上限，峰值功率计一读出的峰值功率超出标定后的预期峰值功率范围上限，降低信号源输出功率；

4.2)如果峰值功率计一读出的平均功率超出标定后的预期平均功率范围上限，峰值功率计一读出的峰值功率小于标定后的预期峰值功率范围下限，降低信号源输出功率；

4.3)峰值功率计一读出的平均功率小于标定后的预期平均功率范围下限，峰值功率计一读出的峰值功率超出标定后的预期峰值功率范围上限，降低信号源输出功率；

4.4)峰值功率计一读出的平均功率小于标定后的预期平均功率范围下限，峰值功率计一读出的峰值功率小于标定后的预期峰值功率范围下限，上升信号源输出功率；

4.5)峰值功率计一读出的平均功率在标定后的预期平均功率范围内，峰值功率计一读出的峰值功率超出标定后的预期峰值功率范围上限，降低调制单元顶电平；

4.6)峰值功率计一读出的平均功率在标定后的预期平均功率范围内，峰值功率计一读出的峰值功率小于标定后的预期峰值功率范围下限，上升调制单元顶电平；

4.7)峰值功率计一读出的平均功率超出标定后的预期平均功率范围上限，峰值功率计一读出的峰值功率在标定后的预期峰值功率范围内，降低调制单元底电平；

4.8)峰值功率计一读出的平均功率小于标定后的预期平均功率范围下限，峰值功率计一读出的峰值功率在标定后的预期峰值功率范围内，上升调制单元底电平。

更进一步地，所述的微放电检测试验的系统还包括分别连接在调零单元上的频谱仪和平均功率计。

更进一步地，所述的步骤4)中还包括对峰值功率计一、峰值功率计二及平均功率计的读数进行异常判断，判断峰值功率计一、峰值功率计二及平均功率计的读数是否超出待测件功率极限值。

本发明的有益效果是1)本发明的微放电功率动态跟踪方法通过对微放电测试系统调零单元和衰减器的平均功率和峰值功率的动态跟踪，调节信号源和调制单元的输出，提高了微放电效应试验的准确性、可靠性及安全性；2)通过标定步骤，确定待测件输入口的预期平均功率和峰值功率，作为动态跟踪微放电检测时的功率跟踪的基准，跟踪反应快速有效；3)在进行功率动态跟踪时，还对峰值功率计一、峰值功率计一及平均功率计的读数进行异常判断，保证试验人员及系统的安全。

附图说明

图1为本发明的微放电功率动态跟踪方法的标定步骤的系统结构示意图；

图2为本发明的微放电功率动态跟踪方法的功率跟踪步骤的系统结构示意图；

图3为测量参考线的损耗功率值的连接示意图；

图4为测量参考线和包括衰减器的待测件后端链路的损耗功率值的连接示意图；

图5为功率计的异常判断流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体技术方案作进一步地描述。

本发明的一种微放电功率动态跟踪方法，用于微放电检测试验，微放电检测试验的系统包括信号源、调制单元、功率放大器、真空罐、衰减器和调零单元，调零单元上还连接有频谱仪和平均功率计。这种微放电检测试验的系统可以开展全局法中调零检测法和谐波检测法。

具体包括以下步骤：

1)将峰值功率计一和将峰值功率计二分别与调零单元和衰减器连接；

2)标定待测件输入口功率，是为了保证在正式试验时加载到待测件的平均功率和峰值功率达到预期平均功率和峰值功率要求，标定时，待测件不接入微放电检测试验的系统，具体标定过程是，调节信号源输出功率与调制单元的顶底电平(产生脉冲波形)，当峰值功率计二的读出的平均功率和峰值功率，减去包括衰减器的待测件后端链路的功率损耗值，达到待测件预期平均功率和峰值功率时，记录峰值功率计一的读出的平均功率和峰值功率为标定后的预期平均功率和峰值功率，如附图1所示。

衰减器的待测件后端链路的功率损耗值的测定方法包括以下步骤：

a)用参考线连接信号源和平均功率计，对参考线的损耗功率值进行测量，如附图3所示；

b)在参考线与平均功率计连接包括衰减器的待测件后端链路，对参考线和包括衰减器的待测件后端链路的功率损耗值进行测量，将这一次的测量结果减去参考线的损耗功率值，得到包括衰减器的待测件后端链路的功率损耗值，如附图4所示。

3)将待测件接入微放电检测试验的系统，调整信号源输出和调制单元的顶底电平，使峰值功率计一读出的平均功率和峰值功率达到标定后的预期平均功率和峰值功率，如附图2所示；

4)在微放电检测试验的过程中，根据峰值功率计一读出的平均功率和峰值功率与标定后的预期平均功率和峰值功率的关系，即时调整信号源输出或调制单元的顶底电平，使峰值功率计一读出的平均功率和峰值功率接近标定后的预期平均功率和峰值功率。在微放电检测试验的过程中，同时对峰值功率计一、峰值功率计二及平均功率计的读数进行异常判断，判断峰值功率计一、峰值功率计二及平均功率计的读数是否超出待测件功率极限值。若超出极限值，认为出现异常，会立即终止试验，保证试验人员及系统的安全，如附图5所示。即时调整信号源输出或调制单元的顶底电平的方法包括以下步骤：

4.1)如果峰值功率计一读出的平均功率超出标定后的预期平均功率范围上限，峰值功率计一读出的峰值功率超出标定后的预期峰值功率范围上限，降低信号源输出功率。预期平均功率和预期峰值功率根据待测件的不同而不同，根据待测件特性而确定；

4.2)如果峰值功率计一读出的平均功率超出标定后的预期平均功率范围上限，峰值功率计一读出的峰值功率小于标定后的预期峰值功率范围下限，降低信号源输出功率；

4.3)峰值功率计一读出的平均功率小于标定后的预期平均功率范围下限，峰值功率计一读出的峰值功率超出标定后的预期峰值功率范围上限，降低信号源输出功率；

4.4)峰值功率计一读出的平均功率小于标定后的预期平均功率范围下限，峰值功率计一读出的峰值功率小于标定后的预期峰值功率范围下限，上升信号源输出功率；

4.5)峰值功率计一读出的平均功率在标定后的预期平均功率范围内，峰值功率计一读出的峰值功率超出标定后的预期峰值功率范围上限，降低调制单元顶电平；

4.6)峰值功率计一读出的平均功率在标定后的预期平均功率范围内，峰值功率计一读出的峰值功率小于标定后的预期峰值功率范围下限，上升调制单元顶电平；

4.7)峰值功率计一读出的平均功率超出标定后的预期平均功率范围上限，峰值功率计一读出的峰值功率在标定后的预期峰值功率范围内，降低调制单元底电平；

4.8)峰值功率计一读出的平均功率小于标定后的预期平均功率范围下限，峰值功率计一读出的峰值功率在标定后的预期峰值功率范围内，上升调制单元底电平。

实施例

本发明的微放电功率动态跟踪方法已经在多家科研单位的微放电效应试验中投入使用，并在试验过程中成功验证方法有效可行，试验覆盖多个频段：1GHz-5GHz、17.5GHz-22GHz及22.5GHz-27.4GHz等，试验真空度要求不小于1.3×10-3Pa，脉冲宽度100μs，脉冲周期10ms，功率精度优于 0.2dB，微放电检测方法采用调零检测法和谐波检测法，调零深度优于 -60dBm。

Claims (6)

1.一种微放电功率动态跟踪方法，用于微放电检测试验，微放电检测试验的系统包括信号源、调制单元、功率放大器、真空罐、衰减器和调零单元，其特征在于，包括以下步骤：

1)将峰值功率计一和峰值功率计二分别与调零单元和衰减器连接；

2)标定待测件输入口功率，标定时，待测件不接入微放电检测试验的系统，具体标定过程是，调节信号源输出功率与调制单元的顶底电平，当峰值功率计二读出的平均功率和峰值功率减去包括衰减器的待测件后端链路的功率损耗值，达到待测件预期平均功率和峰值功率时，记录峰值功率计一读出的平均功率和峰值功率为标定后的预期平均功率和峰值功率；

3)将待测件接入微放电检测试验的系统，调整信号源输出和调制单元的顶底电平，使峰值功率计一读出的平均功率和峰值功率达到标定后的预期平均功率和峰值功率；

4)在微放电检测试验的过程中，根据峰值功率计一读出的平均功率和峰值功率与标定后的预期平均功率和峰值功率的关系，即时调整信号源输出或调制单元的顶底电平，使峰值功率计一读出的平均功率和峰值功率接近标定后的预期平均功率和峰值功率。

2.根据权利要求1所述的一种微放电功率动态跟踪方法，其特征在于，所述的步骤1)之前还需要对衰减器的待测件后端链路的功率损耗值进行测定，具体包括以下步骤：

a)用参考线连接信号源和平均功率计，对参考线的损耗功率值进行测量；

b)在参考线与平均功率计连接包括衰减器的待测件后端链路，对参考线和包括衰减器的待测件后端链路的功率损耗值进行测量，将这一次的测量结果减去参考线的损耗功率值，得到包括衰减器的待测件后端链路的功率损耗值。

3.根据权利要求1所述的一种微放电功率动态跟踪方法，其特征在于，所述的步骤4)中即时调整信号源输出或调制单元的顶底电平的方法包括以下步骤：

4.1)如果峰值功率计一读出的平均功率超出标定后的预期平均功率范围上限，峰值功率计一读出的峰值功率超出标定后的预期峰值功率范围上限，降低信号源输出功率；

4.2)如果峰值功率计一读出的平均功率超出标定后的预期平均功率范围上限，峰值功率计一读出的峰值功率小于标定后的预期峰值功率范围下限，降低信号源输出功率；

4.3)峰值功率计一读出的平均功率小于标定后的预期平均功率范围下限，峰值功率计一读出的峰值功率超出标定后的预期峰值功率范围上限，降低信号源输出功率；

4.4)峰值功率计一读出的平均功率小于标定后的预期平均功率范围下限，峰值功率计一读出的峰值功率小于标定后的预期峰值功率范围下限，上升信号源输出功率；

4.5)峰值功率计一读出的平均功率在标定后的预期平均功率范围内，峰值功率计一读出的峰值功率超出标定后的预期峰值功率范围上限，降低调制单元顶电平；

4.6)峰值功率计一读出的平均功率在标定后的预期平均功率范围内，峰值功率计一读出的峰值功率小于标定后的预期峰值功率范围下限，上升调制单元顶电平；

4.7)峰值功率计一读出的平均功率超出标定后的预期平均功率范围上限，峰值功率计一读出的峰值功率在标定后的预期峰值功率范围内，降低调制单元底电平；

4.8)峰值功率计一读出的平均功率小于标定后的预期平均功率范围下限，峰值功率计一读出的峰值功率在标定后的预期峰值功率范围内，上升调制单元底电平。

4.根据权利要求1所述的一种微放电功率动态跟踪方法，其特征在于，所述的步骤2)的包括衰减器的待测件后端链路的功率损耗值的测定方法包括以下步骤：

2.1)用参考线连接信号源和平均功率计，对参考线的损耗功率值进行测量；

2.2)在参考线与平均功率计连接包括衰减器的待测件后端链路，对参考线和包括衰减器的待测件后端链路的功率损耗值进行测量，将这一次的测量结果减去参考线的损耗功率值，得到包括衰减器的待测件后端链路的功率损耗值。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种微放电功率动态跟踪方法，其特征在于，所述的微放电检测试验的系统还包括分别连接在调零单元上的频谱仪和平均功率计。

6.根据权利要求5所述的一种微放电功率动态跟踪方法，其特征在于，所述的步骤4)中还包括对峰值功率计一、峰值功率计二及平均功率计的读数进行异常判断，判断峰值功率计一、峰值功率计二及平均功率计的读数是否超出待测件功率极限值。