多载波微放电实验研究现状

在多载波微放电实验研究方面，欧洲ANT公司、TESAT公司及加拿大COM Dev公司开展了工程试验验证方面的研究工作［1，2］，它们均采用多个功率放大器连接到输出多工器实现大功率多载波合成信号，用于多载波微放电试验验证。Wolk在ESA的支持下开发的Ku频段10载波微放电验证系统［2］，进行了多载波微放电实验研究，认为多载波微放电与单载波情形显著不同，得出了多载波微波部件微放电测试的流程无法简单地通过单载波测试来推演获得的结论，必须考虑信号相位的精确控制和种子电子有效加载两个关键因素。在Wolk研制的系统中，各路信号源只能进行手动相位调整，能够在一定程度上验证多载波大功率特性，但由于无法对相位进行精确调节和补偿，无法有效遍历所有相位，同时由于当时对多载波微放电“最坏状态”缺乏分析手段，试验验证的波形极有可能会漏掉“最坏状态”，使得验证不充分。尽管如此，在ESA于2003年制定的微放电设计及测试标准中，在附件部分仍详细介绍了Astrium公司基于手动相位调整的多载波微放电实验方案［3］。标准中介绍了两种测量模式：当峰值功率小于4 kW时，将经过移相器的小功率信号采用合路器进行合成，将合成后的信号馈入单台功率放大器，并进行微放电实验，如图6－1（a）所示；当峰值功率大于4 kW时，受限于功率放大器的动态范围，必须将经过移相器的单路信号分别馈入多个功率放大器，并采用多工器进行不同频率大功率信号的合成，如图6－1（b）所示。

图6－1　ESA制定的微放电设计与试验标准中推荐的多载波微放电试验验证方案［3］

（a）峰值功率小于4 kW时测试框图；（b）峰值功率大于4 kW时测试框图(www.xing528.com)

为了进一步促进多载波微放电实验研究，在ESA的支持下，西班牙瓦伦西亚理工大学空间射频大功率实验室研制了一套Ku频段10路相位可调整的多载波微放电实验系统［4］，旨在研究不同相位对多载波微放电的影响，从而为多载波微放电试验验证提供指导。不同于传统的单路采用手动移相器的方法，该系统的10路信号源统一采用10 MHz参考信号，通过对馈入待测件的多载波合成信号的相位进行分析，并采用数字手段对整个微波链路的相位误差进行计算，在信号源中进行相对相位误差的修正，实现相位检测与控制，从而确保实验中采用指定相位的多载波信号进行测试，其原理框图如图6－2所示。但是该系统是ESA投入大量资金研制的，包含10路矢量信号源、功率放大器及相位检测与调整单元，而这对大部分微波实验室而言是负担不起的，大大制约了多载波微放电实验研究的深入、广泛开展。实验研究的缺乏严重制约了对多载波微放电演化规律及“最坏状态”分析方法的研究，其中最为关键的就是多路异频相位可控制的信号源。

图6－2　ESA空间射频大功率实验室多载波微放电实验系统实现方案［4］