航天器微放电试验方法简介

航天器天线安装在航天器外部，与地面天线的最显著不同点是其特殊的工作环境。因此，航天器天线测试还包括环境模拟条件下的射频性能检测。航天器天线环境模拟条件下射频测试主要包括低气压放电试验、微放电试验和功率耐受试验三种类型。

当气压在1 kPa～1 Pa范围内时，低气压环境引起气体电离。低气压放电试验主要用于检测航天器天线在上升段是否会发生低气压放电。

当气压降到10-2Pa，或更低时，在大功率微波信号作用下，在射频器件表面可能发生电子二次倍增效应，微放电试验用于检测航天器天线在轨工作时是否发生这种放电现象。

功率耐受试验主要用于检验航天器天线承受大功率信号的能力，通常在常压和真空两种环境下进行。

低气压放电、微放电和功率耐受三种试验，均是航天器天线大功率工作时的状态考核，试验设备和条件类似，通常使用同一试验系统完成三项试验。本节以微放电试验为例，简要介绍微放电试验系统和试验条件。

1.微放电试验系统

航天器天线微放电试验系统主要包括如下五个基本部分：

（1）真空系统

真空系统包括透波或金属的真空罐体、抽真空设备和真空检测设备，用于模拟在轨真空环境，为试验件提供测试空间。

（2）高低温系统

高低温系统一般包括热沉设备和温度测试设备，用于模拟在轨温度变化环境，实现真空罐体内高、低温环境温度控制和温度检测。

（3）信号发生设备

信号发生设备包括信号源、微波信号调制单元、微波功率放大器，用于大功率脉冲或连续波试验信号的生成。

（4）自由电子产生设备

微放电试验通常需加入自由电子，用于诱发微放电现象的发生。自由电子产生源有放射性β源、UV光源、电子枪、加电探针等。

（5）微放电检测系统

在用微放电试验检测时，不同的检测方法对应不同的设备。主要检测方法有调零检测法、入射和反射功率检测法、二次或三次谐波检测法、近载波噪声时频变换检测法、近载波噪声检测法、光学检测法、电子探针检测法等。(www.xing528.com)

图10-17所示是采用透波真空罐的微放电试验系统框图。

2.试验条件

（1）真空度

罐体内环境真空度通常要求低于1.5×10-3Pa，真空度应保持一段时间再进行微放电试验。对于完全开放结构天线，真空保持时间通常要求2h，封闭波导保持时间一般4～6 h，同轴保持时间为24 h。对由大量复合材料构成的射频部件与设备，试验真空度可适当放宽，真空度保持时间应大于24 h。

（2）自由电子

图10-17　微放电试验系统框图

连续波测试状态，不需要使用电子源，脉冲测试时应当使用电子源。微放电试验时应确保器件的微放电临界区域包含足够的自由电子，必要时对电子是否存在进行验证。自由电子发射源应尽量靠近被测件放置，如果使用放射源产生自由电子，则可将放射源贴敷在被测件的表面。为保证足够的低能自由电子均匀度，应在自由电子发射源工作一段时间后再进行微放电试验。

（3）温度

微放电试验分为低温、常温、高温三个试验温度状态。试验时的热环境应能够代表实际工作环境，低温、高温试验温度由射频部件与设备在轨可达到的最低、最高工作温度确定。

（4）脉冲设置

微放电试验一般采用加入微波脉冲信号的方式进行试验，微波脉冲信号的占空比在1%～10%可调。如果测试条件允许，也可以采用连续波方法进行试验。为模拟实际的热工作状态，一般脉冲信号需维持一定的脉冲底电平，使脉冲平均功率达到实际的额定工作功率，或者增大脉冲信号宽度，使脉冲平均功率达到实际的额定工作功率。

（5）试验频率

若待测件临界频点无法通过分析确定，则非谐振器件应当在最低工作频率进行试验，谐振器件应当在中心频率和边频进行试验。

3.检测方法

微放电检测方法分为整体检测法和局部检测法两大类。整体检测法主要有近载波噪声检测法、三次谐波法（也有二次谐波法）、前向和反向功率检测法（调零）、残余物检测法等。局部检测法主要有电荷检测、光学检测等方法。这些检测方法各有优缺点，在国际上被广泛采用，基本上能够满足微放电检测的需求。微放电试验时，可以根据实际的设备条件和测试需求进行选择。为避免对微放电现象的发生造成误判，一般至少同时采用两种检测方法。