[发明专利]一种采用矢量分析实现微放电效应检测的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及微放电效应检测领域，具体涉及一种采用矢量分析实现微放电效应检测的装置和方法。

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的射频、微波、毫米波系统内。处于空间轨道中正常工作的航天器会受外部高能等离子体、高真空环境、自身结构尺寸、传输信号频率及功率等因素的影响，产生二次电子倍增效应(微放电效应)，出现使微波系统增益下降、传输性能恶化、信号噪声增大等现象，使微波系统不能正常工作，甚至发生彻底失效的灾难性故障。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。因此开展微放电效应检测试验对保障航天器在轨正常运行十分重要。

目前随着Ku、Ka波段，甚至V波段、E波段等HT(高通量)通信、中继卫星技术的应用与发展，传统的测试技术已不适应于高频段毫米波载荷部件的微放电效应检测，急需突破传统，采用更为高效、可靠、灵敏度高的检测技术。现阶段主要采用前向/后向功率调零法，通过调幅、调相的方式将传输及反射信号调成等幅反相的调零信号，用频谱仪或其它同类设备间接监测反射信号幅度及相位是否发生变化。

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。现阶段调零原理如图1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。

现有的微放点效应检测存在的缺点是：

1、毫米波段深度调零实现难度大，传统的前向/后向功率调零法是通过调零装置将传输/反射耦合输出信号调成等幅反相的调零信号，需要实现高精密的幅度、相位调节，目前20G以内相对较容易实现，但随着目前载荷部件频率越来越高，在20GHz以上要实现最小0.01dB的幅度调节、0.1度的相位调节，技术难度较大，导致调零信号幅度无法达到预期，降低了微放电效应检测的灵敏度。

2、调零装置频率范围窄—跨波段宽带调零装置的实现，需要通过开关实现频段选择。

3、幅相变化量检测不直观—调零法是通过调幅、调相的方式将传输及反射信号调成等幅反相的调零信号，用频谱仪或其它同类设备间接监测反射信号幅度及相位是否发生变化，无法直接检测出反射信号的幅相变化量。

发明内容

本发明的第一目的是提供了一种采用矢量分析实现微放电效应检测的装置，通过检测被测件输入端口反射信号及被测件输出信号的幅度、相位变化情况，实现宽带、全波段载荷部件的微放电效应检测，可降低微放电效应检测成本、提高检测灵敏度、提高系统可靠性。

本发明采用以下的技术方案：

一种采用矢量分析实现微放电效应检测的装置，包括本振模块和被测射频信号输入通道，本振模块与被测射频信号输入通道相连，被测射频信号输入通道连接有低通滤波器，低通滤波器连接有数模转换器，数模转换器连接有IQ矢量解调器，IQ矢量解调器连接有数字滤波器，数字滤波器连接有存储模块，存储模块连接有数据分析及显示模块。

优选地，被测射频信号输入通道中包括被测射频输入信号和混频器，被测射频输入信号与本振模块的本振源在混频器中进行下变频，混频器的输出端连接有带通滤波器。

本发明的第二目的是提供了以上所述的一种采用矢量分析实现微放电效应检测的装置的检测方法。

包括以下步骤：

步骤1：被测射频输入信号经过混频器进行下变频，之后经过带通滤波器滤波后表示为中频信号S(t)，

S(t)＝Asin(ω_ct+θ)；

其中，A为中频幅度、ω_c为中频频率、θ为初相；