大功率器件热真空及微放电测试解决方案
发布时间：2020-03-25阅读： 4081
大功率器件热真空及微放电测试解决方案
1. 微放电概述
微放电效应是发生在两个金属表面或者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，通常在空间微波系统中发生。发生的条件根据微放电类型而有所不同。对两个金属表面之间的微放电，其条件是：电子自由程必须大于两个表面之间的间隙距离，并且两个表面之间的电子平均转移时间必然是射频电场半周期的奇数倍。对介质表面的微放电，其表面混合电荷产生的直流电场必须能够是电子加速返回到介质表面，从而能够产生二次电子。近些年来，随着空间电子技术的飞速发展，空间电子部件的工作功率越来越高，使得空间微波器件放电的可能性大大增加，而微放电的危害主要表现为以下几个方面：
a)导致谐振类设备失谐，使微波信号失调；
b)导致金属内部气体逸出，产生更严重的气体放电；
c)对设备表面产生慢性电蚀，导致设备失效；
d)产生很高的附加噪声。
因此，为避免微波器件在真空中发生微放电效应 ，就必须对该器件进行微放电阈值分析。本为所述测试方案针对这种分析提供了一种行之有效的方法。
2.系统组成及功能
微放电测试一般包括了被测件功率耐功率测试及微放电阈值测试。耐功率测试考量的是被测件功率耐受能力，即被测件热设计是否合理，一般是在一定的使用条件下（环境温度，真空度等），给被测件施加高于其额定功率值的连续波功率，并持续一定时间，被测件无损坏，即可判定为合格。微放电测试是在被测件通过耐功率测试后，对被测件大于额定功率的脉冲功率，以确定被测件微放电设计阈值是否正确。而该脉冲功率又可根据测试的目的分为三个等级，大于额定功率10dB，6dB和3dB。脉冲的形式可根据试验条件分为底电平和顶电平法以及单纯脉冲功率法，前者更接近于被测件实际使用情况，并可同时考量被测件热设计和微放电阈值设计合理性，条件允许时应优先采用；在测试条件不满足的情况下，通常采用后者。
如图I所示，微放电测试系统可分为两个部分，即信号发生设备部分和测试单元部分。
信号发生设备包括微波信号源，微波信号调制单元，连续波微波功率放大器。信号源输出送入的微波信号调制单元产生底电平加顶电平的调制信号，之后通过连续波功率放大器放大后即可产生满足测试要求的大功率信号。该部分主要用于产生微放电所需的底电平（一定功率的连续波）和顶电平（脉冲信号）叠加的信号；或者采用单纯脉冲法测试微放电时，微波信号源直接输出微波信号，送入脉冲放大器，脉冲放大器输出大功率脉冲信号作为被测件输入激励信号。该信号经过双定向耦合器，再经过密封的同轴窗进入真空罐内，通过同轴电缆馈入被测件。
微放电测试的方法有很多，包括调零法，入射反射功率法，谐波法，近载波噪声法，光学法等。而前三种在实际应用较多，其中调零法最为灵敏，且通常为避免误判，一般至少采用两种方法进行测试。对于Ka波段被测件，由于（三次）谐波法受测试仪表限制，不易实现，因此本方案中采用入射反射功率法和调零法。
在上图的测试单元部分，将双定向耦合器耦合的入射、反射功率通过调零单元后分别送入功率计，频谱仪等，便可分别实现入射反射功率法和调零法来测量微放电。
入射反射功率法即是通过观察双定向耦合器入射、反射功率，根据实验过程中反射功率逐渐增加的趋势判断信号传输状态是否有显著变化，从而判断微放电现象。
调零法即是在调零单元后，通过对调零信号的突跳现象来检测判断信号的传输状态的变化及微放电现象。
系统采用是德科技测试仪表，大功率功放及调零单元由中微普业定制。
