大功率器件熱真空及微放電測試解決方案
發布時間：2020-03-25閱讀： 3065
大功率器件熱真空及微放電測試解決方案
1. 微放電概述
微放電效應是發生在兩個金屬表面或者單個介質表面上的一種諧振真空放電現象。它是由射頻電場激發的，通常在空間微波系統中發生。發生的條件根據微放電類型而有所不同。對兩個金屬表面之間的微放電，其條件是：電子自由程必須大于兩個表面之間的間隙距離，并且兩個表面之間的電子平均轉移時間必然是射頻電場半周期的奇數倍。對介質表面的微放電，其表面混合電荷產生的直流電場必須能夠是電子加速返回到介質表面，從而能夠產生二次電子。近些年來，隨著空間電子技術的飛速發展，空間電子部件的工作功率越來越高，使得空間微波器件放電的可能性大大增加，而微放電的危害主要表現為以下幾個方面：
a)導致諧振類設備失諧，使微波信號失調；
b)導致金屬內部氣體逸出，產生更嚴重的氣體放電；
c)對設備表面產生慢性電蝕，導致設備失效；
d)產生很高的附加噪聲。
因此，為避免微波器件在真空中發生微放電效應 ，就必須對該器件進行微放電閾值分析。本為所述測試方案針對這種分析提供了一種行之有效的方法。
2.系統組成及功能
微放電測試一般包括了被測件功率耐功率測試及微放電閾值測試。耐功率測試考量的是被測件功率耐受能力，即被測件熱設計是否合理，一般是在一定的使用條件下（環境溫度，真空度等），給被測件施加高于其額定功率值的連續波功率，并持續一定時間，被測件無損壞，即可判定為合格。微放電測試是在被測件通過耐功率測試后，對被測件大于額定功率的脈沖功率，以確定被測件微放電設計閾值是否正確。而該脈沖功率又可根據測試的目的分為三個等級，大于額定功率10dB，6dB和3dB。脈沖的形式可根據試驗條件分為底電平和頂電平法以及單純脈沖功率法，前者更接近于被測件實際使用情況，并可同時考量被測件熱設計和微放電閾值設計合理性，條件允許時應優先采用；在測試條件不滿足的情況下，通常采用后者。
如圖I所示，微放電測試系統可分為兩個部分，即信號發生設備部分和測試單元部分。
信號發生設備包括微波信號源，微波信號調制單元，連續波微波功率放大器。信號源輸出送入的微波信號調制單元產生底電平加頂電平的調制信號，之后通過連續波功率放大器放大后即可產生滿足測試要求的大功率信號。該部分主要用于產生微放電所需的底電平（一定功率的連續波）和頂電平（脈沖信號）疊加的信號；或者采用單純脈沖法測試微放電時，微波信號源直接輸出微波信號，送入脈沖放大器，脈沖放大器輸出大功率脈沖信號作為被測件輸入激勵信號。該信號經過雙定向耦合器，再經過密封的同軸窗進入真空罐內，通過同軸電纜饋入被測件。
微放電測試的方法有很多，包括調零法，入射反射功率法，諧波法，近載波噪聲法，光學法等。而前三種在實際應用較多，其中調零法最為靈敏，且通常為避免誤判，一般至少采用兩種方法進行測試。對于Ka波段被測件，由于（三次）諧波法受測試儀表限制，不易實現，因此本方案中采用入射反射功率法和調零法。
在上圖的測試單元部分，將雙定向耦合器耦合的入射、反射功率通過調零單元后分別送入功率計，頻譜儀等，便可分別實現入射反射功率法和調零法來測量微放電。
入射反射功率法即是通過觀察雙定向耦合器入射、反射功率，根據實驗過程中反射功率逐漸增加的趨勢判斷信號傳輸狀態是否有顯著變化，從而判斷微放電現象。
調零法即是在調零單元后，通過對調零信號的突跳現象來檢測判斷信號的傳輸狀態的變化及微放電現象。
系統采用是德科技測試儀表，大功率功放及調零單元由中微普業定制。
