CN111307178B - 一种导航用无源大功率单机的退化试验方法 - Google Patents

一种导航用无源大功率单机的退化试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种导航用无源大功率单机的退化试验方法，依次对待测单机进行高温功率试验、高低温循环功率试验、高低温循环功率极限试验以及高低温冲击试验，直至出现退化现象，此时所得到的试验时长可作为导航用无源大功率单机寿命评估的数据支撑。

Description

一种导航用无源大功率单机的退化试验方法
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及导航用无源大功率单机的退化试验方法。
背景技术
导航卫星是一种用于提供无线导航信号和导航信息的人造卫星，其为用户提供导航、定位及授时服务。导航卫星系统的定位精度高，服务范围广，可提供全天时、全天候、连续的导航定位服务，已成为时空定位领域的国家重大基础设施，是大国地位和战略利益重要支撑。
以三工馈电网络为代表的导航用无源大功率单机是导航卫星的重要组成部分，根据导航卫星的使用年限，导航用无源大功率单机的寿命应满足在轨工作10年的要求。因此，在导航卫星组装前，对所述导航用无源大功率单机进行寿命评估极其重要。
导航用无源大功率单机是一种高可靠、长寿命产品。对于高可靠、长寿命产品而言，其寿命难以直接通过测试得出，通常是根据退化试验(又称加速寿命试验)中搜集到的产品寿命信息以及加速因子进行外推得到。而目前国内外对于无源大功率单机的寿命评估研究较为缺乏，暂时没有成熟的导航用无源大功率单机的退化试验方法。
发明内容
为了获得导航用无源大功率单机的性能参数在各加速应力水平下的退化速率，从而实现导航用无源大功率单机寿命评估，本发明提供一种导航用无源大功率单机的退化试验方法，包括：
进行高温功率试验，将环境温度设置为基准温度t0，进行如下步骤，直至环境温度达到最高温度t1：
为所述导航用无源大功率单机加功率，保持T1时间；
撤除功率源，并调节环境温度回落至室温，并保持T1时间；
测量所述单机性能参数，若所述单机出现退化现象，则终止试验，记录试验时长，若未出现退化现象，则继续试验；以及
将环境温度较撤除功率源前的环境温度升高△t；
进行高低温循环功率试验，重复以下步骤N1次，然后撤去功率源，并将环境温度调整至室温，测量所述单机的性能参数，若所述单机出现退化现象，则终止试验，记录试验时长，若未出现退化现象，则继续试验：
将环境温度调节为低温t2，保持时间T2；以及
将环境温度调节为高温t3，并为所述导航用无源大功率单机加功率，保持时间T2；
进行高低温循环功率极限试验，重复以下步骤N2次，然后撤去功率源，并将环境温度调整至室温，测量所述单机的性能参数，若所述单机出现退化现象，则终止试验，记录试验时长，若未出现退化现象，则继续试验：
将环境温度调节为低温t4，保持时间T3；以及
将环境温度调节为高温t5，并为所述导航用无源大功率单机加极限功率，保持时间T3；以及
进行高低温冲击试验，重复以下步骤N3次，然后将环境温度调整至室温，测量所述单机的性能参数，并记录试验时长：
将环境温度调节为低温t6，保持时间T4；以及
将环境温度调节为高温t7，保持时间T4。
进一步地，所述导航用无源大功率单机的性能参数包括：电压驻波比、带内平坦度、功分比、带外抑制、群时延平坦度以及插损。
进一步地，所述高温功率试验中的最高温度、所述高低温循环功率试验中的高温以及所述高低温循环功率极限试验中的高温等于所述导航用无源大功率单机的标称工作温度的最高值。
进一步地，所述高低温循环功率试验中的低温等于所述导航用无源大功率单机的标称工作温度的最低值或低于所述最低值的温度。
进一步地，所述高低温循环功率极限试验中的低温以及所述高低温冲击试验中的低温低于所述导航用无源大功率单机的标称工作温度的最低值。
进一步地，所述所述高低温冲击试验中的高温高于所述导航用无源大功率单机的标称工作温度的最高值。
进一步地，所述高低温循环功率试验可进行多次，且每次试验设置参数值不同。
进一步地，所述高低温冲击试验可进行多次，且每次试验设置参数值不同。
本发明提供一种导航用无源大功率单价的退化试验方法，通过对导航用无源大功率单机进行多种温度条件下的试验，得到了所述单机在不同加速应力水平下的退化速率，所述退化速率为导航用无源大功率单机的寿命评估提供了数据支撑。该方法可应用于导航卫星的关键单机的寿命评估中，为关键单机产品提供了可靠性试验的技术累积。
附图说明
为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出本发明一个实施例的一种导航用无源大功率单机的退化试验方法的流程示意图；
图2示出本发明一个实施例的高温功率试验的流程示意图；
图3示出本发明一个实施例的高低温循环功率试验的流程示意图；
图4示出本发明一个实施例的高低温循环功率极限试验的流程示意图；
图5示出本发明一个实施例的高低温冲击试验的流程示意图；
图6a-6h示出三工馈电网络采用本发明一个实施例的一种导航用无源大功率单机的退化试验方法后B1通道的性能参数变化示意图；
图7a-7h示出三工馈电网络采用本发明一个实施例的一种导航用无源大功率单机的退化试验方法后B2通道的性能参数变化示意图；以及
图8a-8h示出三工馈电网络采用本发明一个实施例的一种导航用无源大功率单机的退化试验方法后B3通道的性能参数变化示意图。
具体实施方式
以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。
在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。
下面结合实施例附图，对本发明提供的方法作进一步描述。
图1示出本发明一个实施例的一种导航用无源大功率单机的退化试验方法的流程示意图。如图1所示，一种导航用无源大功率单机的退化试验方法包括：
步骤101，进行高温功率试验，图2示出本发明一个实施例的高温功率试验的流程示意图，如图2所示，高温功率试验包括：
步骤201，设置环境温度。将环境温度设置为基准温度t0；
步骤202，加功率。为所述导航用无源大功率单机加功率，并保持T1时间；
步骤203，恢复温度。撤除功率源，并使得环境温度回落至室温，且保持T1时间；
步骤204，测量参数值。测量所述单机的性能参数，若所述单机出现退化现象，则终止试验，并记录试验时长；若未出现退化现象，则继续试验；在本发明的一个实施例中，所述性能参数包括电压驻波比、带内平坦度、功分比、带外抑制、群时延平坦度以及插损；以及
步骤205，调节环境温度。调节环境温度，使得环境温度比温度恢复前的环境温度升高△t，重复步骤202-步骤204，直至环境温度达到最高温度t1。在本发明的一个实施例中，所述最高温度t1等于所述导航用无源大功率单机的标称工作温度的最高值；
步骤102，进行高低温循环功率试验，图3示出本发明一个实施例的高低温循环功率试验的流程示意图，如图3所示，高低温循环功率试验包括：
步骤301，低温试验。将环境温度调节为低温t2，并保持时间T2；在本发明的一个实施例中，所述低温等于或低于所述导航用无源大功率单机的标称工作温度的最低值；
步骤302，高温加功率试验。将环境温度调节为高温t3，并为所述导航用无源大功率单机加功率，且保持时间T2；在本发明的一个实施例中，所述高温等于所述导航用无源大功率单机的标称工作温度的最高值；
将步骤301-302重复N1次；
步骤303，恢复温度。撤去功率源，并将环境温度调整至室温；
以及
步骤304，测量参数值。测量所述单机的性能参数，若所述单机出现退化现象，则终止试验，记录试验时长，若未出现退化现象，则继续试验。在本发明的一个实施例中，所述性能参数包括电压驻波比、带内平坦度、功分比、带外抑制、群时延平坦度以及插损；
在本发明的一个实施例中，所述高低温循环功率试验不止一次，且每次试验设置的低温值不同；
步骤103，进行高低温循环功率极限试验，图4示出本发明一个实施例的高低温循环功率极限试验的流程示意图，如图4所示，高低温循环功率极限试验包括：
步骤401，低温试验。将环境温度调节为低温t4，并保持时间T3；在本发明的一个实施例中，所述低温低于所述导航用无源大功率单机的标称工作温度的最低值；
步骤402，高温加功率试验。将环境温度调节为高温t5，并为所述导航用无源大功率单机加极限功率，保持时间T3；在本发明的一个实施例中，所述高温等于所述导航用无源大功率单机的标称工作温度的最高值；
将步骤401-402重复N2次；
步骤403，恢复温度。撤去功率源，并将环境温度调整至室温；
以及
步骤404，测量参数值。测量所述单机的性能参数，若所述单机出现退化现象，则终止试验，记录试验时长，若未出现退化现象，则继续试验；在本发明的一个实施例中，所述性能参数包括电压驻波比、带内平坦度、功分比、带外抑制、群时延平坦度以及插损；
以及
步骤104，进行高低温冲击试验，图5示出本发明一个实施例的高低温冲击试验的流程示意图，如图5所示，高低温冲击试验包括：重复以下步骤N3次：
步骤501，极限低温试验。将环境温度调节为低温t6，保持时间T4；在本发明的一个实施例中，所述低温低于所述导航用无源大功率单机的标称工作温度的最低值；
步骤502，极限高温试验。将环境温度调节为高温t7，保持时间T4；在本发明的一个实施例中，所述高温高于所述导航用无源大功率单机的标称工作温度的最高值；
将步骤501-502重复N3次
步骤503，恢复温度。将环境温度调整至室温；以及
步骤504，测量参数值。测量所述单机的性能参数，记录试验时长；在本发明的一个实施例中，所述性能参数包括电压驻波比、带内平坦度、功分比、带外抑制、群时延平坦度以及插损。
在本发明的一个实施例中，所述高低温冲击试验不止一次，且每次试验设置的低温值和/或高温值和/或保持时间和/或试验重复次数不同。
在本发明的一个实施例中，以三工馈电网络为代表，采用本发明的提供的试验方法进行了退化试验，实验步骤如下：
以75℃为温度基准，每增加5℃维持加功率试验12小时，然后降至常温维持12小时不加功率，同时对产品性能参数进行测试，如出现退化现象，则试验终止；如未出现退化现象，则进行下一步骤。其中，功率加载为：B1通道160W，B2通道135W以及B3通道145W；
高低温循环温度为-55℃--150℃，分别在低温及高温极限温度下保持4小时，同时，高温条件下加载功率：B1通道160W，B2通道135W以及B3通道145W，循环6次，在恢复常温时对产品性能参数进行测试，如出现退化现象，则试验终止；如未出现退化现象，则进行下一步骤；
高低温循环温度为-65℃--150℃，分别在低温及高温极限温度下保持4小时，同时，高温条件下加载功率：B1通道160W，B2通道135W以及B3通道145W，循环6次，在恢复常温时对产品性能参数进行测试，如出现退化现象，则试验终止；如未出现退化现象，则进行下一步骤；
高低温循环温度为-56℃--150℃，分别在低温及高温极限温度下保持4小时，同时，高温条件下加载功率：B1通道172W，B2通道184W以及B3通道206W，循环8次，在恢复常温时对产品性能参数进行测试，如出现退化现象，则试验终止；如未出现退化现象，则进行下一步骤；
高低温循环温度为-65℃--170℃，分别在低温及高温极限温度下保持4小时，循环6次，在恢复常温时对产品性能参数进行测试，如出现退化现象，则试验终止；如未出现退化现象，则进行下一步骤；以及
高低温循环温度为-65℃--180℃，分别在低温及高温极限温度下保持4小时，循环14次，在恢复常温时对产品性能参数进行测试。
图6a-6h、图7a-7h以及图8a-8h示出了上述试验的试验结果，其中：
图6a示出了B1通道的频段电压驻波比随温度变化的示意图；从图6a可看出，B1主路电压驻波比从温度升高到165℃时开始出现退化，直到180℃，从1.1退化到3.2；
图6b示出了B1通道的频段插入损耗随温度变化的示意图；从图6b可看出，B1频段插入损耗从温度升高到165℃时开始出现退化，直到180℃，变化率为1dB；
图6c示出了B1通道的频段带内幅度平坦度随温度变化的示意图；从图6c可以看出，B1频段带内平坦度从温度升高到165℃时开始出现退化，直到180℃，从0.2dB退化到1.1dB；
图6d示出了B1通道的频段群时延随温度变化的示意图；从图6d可以看出，B1频段群时延从温度升高到165℃时开始出现退化，直到180℃，从44ns退化到47.8ns；
图6e示出了B1通道的频段电压驻波比随加载功率时间变化的示意图；
图6f示出了B1通道的频段插入损耗随加载功率时间变化的示意图；
图6g示出了B1通道的频段带内幅度平坦度随加载功率时间变化的示意图；
图6h示出了B1通道的频段群时延随加载功率时间变化的示意图；
图7a示出了B2通道的频段电压驻波比随温度变化的示意图；从图7a可以看出，B2主路电压驻波比从温度升高到165℃时开始出现退化，直到180℃，从1.1退化到4；
图7b示出了B2通道的频段插入损耗随温度变化的示意图；从图7b可以看出，B2频段插入损耗从温度升高到165℃时开始出现退化，直到180℃，变化率为1dB；
图7c示出了B2通道的频段带内幅度平坦度随温度变化的示意图；从图7c可以看出，B2频段带内平坦度从温度升高到165℃时开始出现退化，直到180℃，从0.3dB退化到2dB；
图7d示出了B2通道的频段群时延随温度变化的示意图；从图7d可以看出，B2频段群时延从温度升高到165℃时开始出现退化，直到180℃，从24ns退化到26.4ns；
图7e示出了B2通道的频段电压驻波比随加载功率时间变化的示意图；
图7f示出了B2通道的频段插入损耗随加载功率时间变化的示意图；
图7g示出了B2通道的频段带内幅度平坦度随加载功率时间变化的示意图；
图7h示出了B2通道的频段群时延随加载功率时间变化的示意图；
图8a示出了B3通道的频段电压驻波比随温度变化的示意图；从图8a可以看出，B3主路电压驻波比从温度升高到165℃时开始出现退化，直到180℃，从1.1退化到3.9；
图8b示出了B3通道的频段插入损耗随温度变化的示意图；从图8b可以看出，B3频段插入损耗从温度升高到165℃时开始出现退化，直到180℃，变化率为1dB；
图8c示出了B3通道的频段带内幅度平坦度随温度变化的示意图；从图8c可以看出，B3频段带内平坦度从温度升高到165℃时开始出现退化，直到180℃，从0.3dB退化到2.6dB；
图8d示出了B3通道的频段群时延随温度变化的示意图；从图8d可以看出，B3频段群时延从温度升高到165℃时开始出现退化，直到180℃，从41.5ns退化到58ns；
图8e示出了B3通道的频段电压驻波比随加载功率时间变化的示意图；
图8f示出了B3通道的频段插入损耗随加载功率时间变化的示意图；
图8g示出了B3通道的频段带内幅度平坦度随加载功率时间变化的示意图；以及
图8h示出了B3通道的频段群时延随加载功率时间变化的示意图。
综上可以看出，试验温度从高温75℃开始到极限温度180℃，产品性能参数有明显退化。特别是在165℃开始，重要的性能参数均开始出现明显退化。同时，试验加载功率从验收级功率加载到极限功率后，性能参数没有明显退化。从原理上分析，功率耐受主要考核产品的瞬时功率承受能力，功率耐受试验并不适用于考核单机寿命，随着功率增加，单机温度并没有明显升高，性能参数也没有明显退化。试验结果进一步验证了温度对焊点的影响，证实了温度变化会导致单机性能参数退化。
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (5)

1.一种导航用无源大功率单机的退化试验方法，其特征在于，包括步骤：
将环境温度设置为基准温度t0，进行高温功率试验，包括：
为所述导航用无源大功率单机加功率，并保持T1时间；
T1时间后，撤除功率源，并调节环境温度回落至室温，并保持T1时间；
测量所述单机性能参数，若所述单机出现退化现象，则终止试验，并记录试验时长，若未出现退化现象，则调节环境温度，使其较撤除功率源前的环境温度升高△t，然后重复前述步骤，直至环境温度达到导航用无源大功率单机的标称工作温度的最高值，若所述单机出现退化现象，则终止试验，并记录试验时长，若未出现退化现象，则进行高低温循环功率试验；
所述高低温循环功率试验，包括：
将环境温度调节为等于或低于导航用无源大功率单机的标称工作温度的最低值，并保持时间T2；
将环境温度调节为导航用无源大功率单机的标称工作温度的最高值，并为所述导航用无源大功率单机加功率，且保持时间T2；
重复上述步骤N1次；
撤去功率源，并将环境温度调整至室温；以及
测量所述单机的性能参数，若所述单机出现退化现象，则终止试验，并记录试验时长，若未出现退化现象，则进行高低温循环功率极限试验；
所述高低温循环功率极限试验，包括：
将环境温度调节为低于导航用无源大功率单机的标称工作温度的最低值，保持时间T3；
将环境温度调节为导航用无源大功率单机的标称工作温度的最高值，并为所述导航用无源大功率单机加极限功率，保持时间T3；
重复上述步骤N2次；
撤去功率源，并将环境温度调整至室温；以及
测量所述单机的性能参数，若所述单机出现退化现象，则终止试验，记录试验时长，若未出现退化现象，则进行高低温冲击试验；以及
所述高低温冲击试验，包括：
将环境温度调节为低于导航用无源大功率单机的标称工作温度的最低值，保持时间T4；
将环境温度调节为高于导航用无源大功率单机的标称工作温度的最高值，保持时间T4；
重复上述步骤N3次；
将环境温度调整至室温；以及
测量所述单机的性能参数，并记录试验时长。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述导航用无源大功率单机的性能参数包括：电压驻波比、带内平坦度、功分比、带外抑制、群时延平坦度以及插损。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高低温循环功率试验可进行多次，且每次试验设置的低温值和/或保持时间和/或试验重复次数不同。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高低温冲击试验可进行多次，且每次试验设置的低温值和/或高温值和/或保持时间和/或试验重复次数不同。
5.如权利要求1至4任一所述的方法，其特征在于，高温功率试验以及高低温循环功率试验中加的功率等于所述导航用无源大功率单机的验收级功率。
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