微放电效应检测双路微波信号自动调零装置与方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及测试技术领域，特别涉及一种微放电效应检测双路微波信号自动调零 装置，还涉及一种微放电效应检测双路微波信号自动调零方法。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 微放电效应主要发生在航天器以及航空临近空间的微波系统内。当前航天器大功 率微波设备的峰值功率量级已经达到了kW级以上，伴随着功率量级的不断提高，首当其冲 要解决的一个重要问题就是大功率微波器部件在真空环境下固有的微放电效应。若大功 率微波器部件的微放电阈值未满足要求，其在自身结构尺寸、微波频率、电磁场强度、材料 表面二次电子发射系数等参数满足一定条件时，产生的微放电现象会造成微波系统增益下 降、传输性能变坏、信号噪声增大，使微波系统不能正常工作。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。因此航天大 功率微波器部件载荷在研制、生产到使用每个环节都要做真空微放电的试验测试，以验证 微放电阈值是否满足实际工作要求，保证系统在轨运行的正常性。
[0004] 微放电效应的检测需要根据被测件自身的特性选择合适的测试方案，其中前向/ 后向功率检测及前向/后向功率调零检测是通过监测被测件输入端口反射信号幅度和相 位的变化情况实现微放电效应检测的。
[0005] 前向/后向功率检测及前向/后向功率调零检测技术原理如图1所示，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。
[0006] 现有调零单元原理如图2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手动调节衰减器、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。
[0007] 现有调零技术的主要缺点为：
[0008] (1)效率低：现有技术仍依赖于手动调节衰减器、移相器，实现单路微波信号的调 幅、调相，在微放电效应检测过程中，大功率激励源输出功率是步进增长，直至达到被测件 的额定工作功率，功率每调节一次，就需重新调节调零状态，一次试验需要多次调节调零单 元，全手动调节极大延长了试验时间，降低了测试效率；
[0009] (2)测试灵敏度低：将两路微波信号调成等幅反相，在实际测试中根本无法实现， 为了提高微放电效应检测的灵敏度，只能寄希望于将调零电平尽可能的调至最小，但现有 调零通道调幅、调相分辨率都比较差，很难实现信号幅度及相位的精密控制，再加上全手动 操作，受人为因素影响比较大，一般很难将调零信号幅度调至预期值，降低了微放电效应的 检测灵敏度；
[0010] (3)可靠性低：现阶段调零单元中都采用手动旋调机械式可调衰减器及移相器， 其内部衰减量和电长度调节装置都存在一定的寿命问题，另外使用微波部件数量较多，因 此整体上可靠性相对比较差；
[0011](4)成本高：现有调零方式需要依赖于外部功率计实现，增加了微放电效应检测 系统构建成本。
【发明内容】
[0012] 本发明提出一种微放电效应检测双路微波信号自动调零装置及方法，目的是为解 决航天器大功率微波器部件载荷在高温真空环境中的微放电效应检测问题。依据微放电效 应检测技术要求，结合被测件自身技术特性，本发明采用数控衰减器、移相器、同相合路器， 以高效、高精密、高可靠及低成本的方式实现双路微波信号的全自动调零。
[0013] 本发明的技术方案是这样实现的：
[0014] 一种微放电效应检测双路微波信号自动调零装置，正向/反向耦合信号输入后， 由电桥将信号分为两部分，一部分到功率监测模块进行参数监测，另一部分到调幅调相通 道进行调零；
[0015] 信号进入调幅调相通道后，先根据功率检测数据，通过数控衰减器将两路信号幅 度调成一致；
[0016] 两路信号幅度一致后，首先，信号通过数控移相器后进入同相合路器进行信号合 成，在调零信号幅度监测模块的辅助下进行信号相位调节。
[0017] 可选地，两路信号幅度调节一致后，采用二分法进行调零，先确定一个方向进行大 范围移相，若调零信号幅度增大，则反方向进行移相，然后逐步缩小移相量，直至将调零信 号幅度调至 _7〇dBm以下。
[0018] 可选地，所述数控衰减器包括PIN二极管、3dB正交电桥、隔直电容及控制驱动电 路，采用平衡式PIN二极管衰减器来实现信号幅度的调节。
[0019] 可选地，所述数控移相器采用I、Q矢量调制的方式实现信号相位调节，射频输入 信号先经过正交混合耦合器，分为I、Q两路正交信号，对两路信号分别进行相位调制，后经 过同相合路器输出。
[0020] 可选地，所述输入射频信号表示为：
[0021]SInput=UASin(?t)；
[0022] 同相信号I:
【主权项】
1. 一种微放电效应检测双路微波信号自动调零装置，其特征在于，正向/反向禪合信 号输入后，由电桥将信号分为两部分，一部分到功率监测模块进行参数监测，另一部分到调 幅调相通道进行调零； 信号进入调幅调相通道后，先根据功率检测数据，通过数控衰减器将两路信号幅度调 成一致； 两路信号幅度一致后，信号通过数控移相器后进入同相合路器进行信号合成，在调零 信号幅度监测模块的辅助下进行信号相位调节。
2. 如权利要求1所述的微放电效应检测双路微波信号自动调零装置，其特征在于， 两路信号幅度调节一致后，采用二分法进行相位调节，先确定一个方向进行大范围移相， 若调零信号幅度增大，则反方向进行移相，然后逐步缩小移相量，直至将调零信号幅度调 至-70dBmW下。
3. 如权利要求1所述的微放电效应检测双路微波信号自动调零装置，其特征在于，所 述数控衰减器包括PIN二极管、3地正交电桥、隔直电容及控制驱动电路，采用平衡式PIN二 极管衰减器来实现信号幅度的调节。
4. 如权利要求1所述的微放电效应检测双路微波信号自动调零装置，其特征在于，所 述数控移相器采用I、Q矢量调制的方式实现信号相位调节，射频输入信号先经过正交混合 禪合器，分为I、Q两路正交信号，对两路信号分别进行相位调制，后经过同相合路器输出。
5. 如权利要求4所述的微放电效应检测双路微波信号自动调零装置，其特征在于，所 述输入射频信号表示为： Sinp化=UASin(on);
'I'、'Q'支路混频器本振信号为： 同相支路本振；Li=I'; 正交支路本振；Lq=Q'; 则混频后'I'、'Q'支路信号分别表示为：
经同相合路输出后，输出信号用下面表达式描述：
将下面两等式带入输出信号表达式：
得到移相信号表达式：
6. -种微放电效应检测双路微波信号自动调零方法，其特征在于，正向/反向禪合信 号输入后，由电桥将信号分为两部分，一部分到功率监测模块进行参数监测，另一部分到调 幅调相通道进行调零； 信号进入调幅调相通道后，先根据功率检测数据，通过数控衰减器将两路信号幅度调 成一致； 两路信号幅度一致后，信号首先通过数控移相器，然后进入同相合路器进行信号合成， 在调零信号幅度监测模块的辅助下进行信号相位调节。
7. 如权利要求6所述的微放电效应检测双路微波信号自动调零方法，其特征在于， 两路信号幅度调节一致后，采用二分法进行相位调节，先确定一个方向进行大范围移相， 若调零信号幅度增大，则反方向进行移相，然后逐步缩小移相量，直至将调零信号幅度调 至-70dBmW下。
8. 如权利要求6所述的微放电效应检测双路微波信号自动调零装置，其特征在于，所 述数控衰减器包括PIN二极管、3地正交电桥、隔直电容及控制驱动电路，采用平衡式PIN二 极管衰减器来实现信号幅度的调节。
9. 如权利要求6所述的微放电效应检测双路微波信号自动调零装置，其特征在于，所 述数控移相器采用I、Q矢量调制的方式实现信号相位调节，射频输入信号先经过正交混合 禪合器，分为I、Q两路正交信号，对两路信号分别进行相位调制，后经过同相合路器输出。
10. 如权利要求9所述的微放电效应检测双路微波信号自动调零装置，其特征在于，所 述输入射频信号表示为： Sinp化=UASin(on);
'r、'Q'支路混频器本振信号为： 同相支路本振；Li=I'; 正交支路本振；Lq=Q'; 则混频后'I'、'Q'支路信号分别表示为：
经同相合路输出后，输出信号用下面表达式描述：
将下面两等式带入输出信号表达式：
得到移相信号表达式：
【专利摘要】本发明提出了一种微放电效应检测双路微波信号自动调零装置，正向/反向耦合信号输入后，由电桥将信号分为两部分，一部分到功率监测模块进行参数监测，另一部分到调幅调相通道进行调零；信号进入调幅调相通道后，先根据功率检测数据，通过数控衰减器将两路信号幅度调成一致；两路信号幅度一致后，首先，信号通过数控移相器后进入同相合路器进行信号合成，在调零信号幅度监测模块的辅助下进行信号相位调节。本发明的自动调零装置，可靠性及使用寿命成倍提高并延长；另外无需额外的功率计，简化了系统构成，也一定程度上提高了系统的可靠性；而且，自动调零功能的实现避免了人为操作失误，保障了微放电效应检测的有效性。
【IPC分类】G01R31-12
【公开号】CN104849629
【申请号】CN201510210232
【发明人】雷卫平, 郭荣斌, 张宁, 付存文, 杜希鹏, 徐宝令
【申请人】中国电子科技集团公司第四十一研究所
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月23日