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01微放電效應(yīng)和危害

真空微放電效應(yīng)是指在真空條件（氣壓＜6.65×10-3Pa）下，通過(guò)射頻場(chǎng)的加速作用，初級(jí)電子在金屬/介質(zhì)表面間激發(fā)二次電子發(fā)射，二次電子倍增到一定程度，達(dá)到放電閾值，導(dǎo)致?lián)舸┓烹姮F(xiàn)象發(fā)生。

如圖1所示，初級(jí)電子在射頻電場(chǎng)作用下加速轟擊材料表面，產(chǎn)生二次電子。當(dāng)射頻電場(chǎng)反向時(shí)，二次電子在射頻電場(chǎng)的作用下加速轟擊材料表面，產(chǎn)生更多的二次電子。上述過(guò)程往復(fù)進(jìn)行，導(dǎo)致兩個(gè)表面之間的二次電子逐漸累積，達(dá)到放電閾值后，會(huì)導(dǎo)致?lián)舸┓烹姟?/span>

圖1. 微放電過(guò)程示意圖

隨著航天技術(shù)發(fā)展，空間微波部件結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜，功率密度越來(lái)越高，發(fā)生真空微放電的可能性大大增加。衛(wèi)星通信系統(tǒng)中主要的微波部件包括輸出多工器，微波同軸開(kāi)關(guān)、同軸電纜組件、波導(dǎo)和天線等。微放電效應(yīng)是導(dǎo)致空間微波鏈路失效的重要原因，會(huì)導(dǎo)致諧振類設(shè)備失諧，導(dǎo)致所傳輸?shù)奈⒉ㄐ盘?hào)失調(diào)，阻塞射頻信號(hào)的傳輸，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致微波部件徹底失效，已成為制約高通量空間通信技術(shù)發(fā)展的重要因素。

02真空微放電試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和檢測(cè)方法

國(guó)內(nèi)真空微放電試驗(yàn)主要參考中國(guó)航天標(biāo)準(zhǔn)體系發(fā)布的QJ20325.2-2014《航天器射頻部件與設(shè)備檢測(cè)方法 第2部分：微放電》進(jìn)行。微放電試驗(yàn)系統(tǒng)以熱真空箱、功放、頻譜分析儀、信號(hào)發(fā)生器和功率計(jì)為核心，輔以調(diào)零單元、調(diào)制單元、初始電子源等專用設(shè)備，對(duì)各種微波部件在真空環(huán)境下的微放電現(xiàn)象進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

信號(hào)發(fā)生器發(fā)出微波信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)制單元可形成高、低電平可調(diào)的脈沖信號(hào)，通過(guò)功率放大器放大后，通過(guò)波導(dǎo)密封窗（或密封同軸接頭）進(jìn)入真空罐內(nèi)，饋入被測(cè)件（DUT）。

圖2. 微放電試驗(yàn)系統(tǒng)原理框圖

微放電測(cè)試方法一般采用調(diào)零檢測(cè)法、正向反向功率檢測(cè)法、輸出頻譜檢測(cè)法等，具體如下所示：

（1）調(diào)零檢測(cè)法：將大功率耦合器耦合的正向、反向信號(hào)同時(shí)輸入調(diào)零單元，通過(guò)調(diào)零單元的調(diào)整使兩路信號(hào)等幅反向，正常情況下調(diào)零信號(hào)應(yīng)低于-60dBm。微放電現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，調(diào)零狀態(tài)破壞，可由調(diào)零頻譜儀檢測(cè)到。

（2）正向反向功率檢測(cè)法：將大功率耦合器耦合的正向、反向信號(hào)輸入功率計(jì)，監(jiān)測(cè)正向、反向信號(hào)的功率。如果反向功率突然增大，可初步判斷為發(fā)生微放電。

（3）輸出頻譜檢測(cè)法：將被測(cè)件的射頻信號(hào)接出真空罐，通過(guò)大功率耦合器，將射頻信號(hào)輸入載波頻譜儀，分析輸出功率和頻譜的變化。如果頻譜的載波和載波附近的噪聲發(fā)生大幅度起伏變化，可判斷為發(fā)生微放電。

測(cè)試中至少采用兩種方法同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，優(yōu)先選用調(diào)零檢測(cè)法。

微放電試驗(yàn)系統(tǒng)同時(shí)可應(yīng)用于熱真空、功率耐受和低氣壓放電等試驗(yàn)，滿足空間電子器件的可靠性評(píng)價(jià)要求。

03設(shè)備能力

電子五所具有完善的航天器微波部件試驗(yàn)?zāi)芰?，可進(jìn)行低氣壓放電、真空微放電、功率耐受等試驗(yàn)，共有3臺(tái)熱真空環(huán)境模擬系統(tǒng)以及多臺(tái)配套的信號(hào)發(fā)生器、調(diào)制單元、功放子系統(tǒng)、調(diào)零單元、調(diào)零頻譜儀、功率計(jì)等射頻測(cè)試設(shè)備，可以滿足的測(cè)試條件如下：

圖3. 真空微放電試驗(yàn)系統(tǒng)