微放電檢測(cè)方法的總結(jié)與分析

　　微放電是在真空條件下，發(fā)生在微波器件內(nèi)部的射頻擊穿現(xiàn)象。近年來(lái)，隨著空間技術(shù)的發(fā)展，微波部件工作的功率越來(lái)越大，使得空間發(fā)生微放電的可能性 大大增加。工作在大功率狀態(tài)下的微波器件，當(dāng)功率、射頻和器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸滿足一定關(guān)系時(shí)發(fā)生微放電效應(yīng)，這種現(xiàn)象的產(chǎn)生又取決于真空壓力、加工工藝、表 面處理、材料、污染等因素。微放電一旦產(chǎn)生將造成嚴(yán)重后果，導(dǎo)致微波傳輸系統(tǒng)駐波比增大，反射功率增加，噪聲電平抬高，致使系統(tǒng)不能正常工作。高電平微放 電可以引起擊穿，射頻功率全反射，部件永久性破壞，通信信道喪失工作能力?；谖⒎烹姲l(fā)生會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，而且微放電產(chǎn)生機(jī)理復(fù)雜，至今還沒(méi)有完全掌握; 同時(shí)，實(shí)際中制作工藝與工藝缺陷，以及存放過(guò)程中可能會(huì)污染等方面原因，會(huì)導(dǎo)致實(shí)際的微放電閾值比設(shè)計(jì)的低;因此，必須對(duì)制造好的器件以及待使用的器件進(jìn) 行微放電測(cè)試。

　　1 微放電現(xiàn)象及檢測(cè)原理

　　微放電效應(yīng)是由器件表面二次電子發(fā)射引 起的，由圖1可以看到，會(huì)產(chǎn)生雪崩現(xiàn)象，這種效應(yīng)是諧振性的，因?yàn)殡娮佣稍綍r(shí)間必定是射頻場(chǎng)周期一半的奇數(shù)倍。這種諧振效應(yīng)又依賴于射頻場(chǎng)、器件結(jié)構(gòu)縫隙 和表面次級(jí)電子發(fā)射特性等因素。因此，在真空情況下，當(dāng)電子的平均自由程大于器件結(jié)構(gòu)縫隙尺寸;微波器件內(nèi)縫隙尺寸和諧波頻率使得電子渡越時(shí)間為射頻場(chǎng)周 期一半的奇數(shù)倍;表面二次電子發(fā)射系數(shù)大于1;則電子在強(qiáng)微放電場(chǎng)加速下產(chǎn)生電子二次倍增，即微放電現(xiàn)象。表面二次電子發(fā)射特性又與材料、表面處理、污 染、溫度、電子撞擊板時(shí)的速度和縫隙電壓等因素有關(guān)。

　　圖1 雙金屬表面微放電發(fā)生過(guò)程示意圖

　　微放電的產(chǎn)生強(qiáng)烈地依賴于器件表面電子二次發(fā)射特性，盡管在產(chǎn)品鑒定時(shí)器件滿足微放電設(shè)計(jì)容限的要求，但對(duì)新加工出的正樣產(chǎn)品仍需要進(jìn)行微放電效應(yīng)測(cè) 試。由于產(chǎn)品加工過(guò)程中未預(yù)計(jì)到的污染、表面材料狀況、粘結(jié)劑和潤(rùn)滑劑的存在;銳利邊緣場(chǎng)強(qiáng)的增加等因素都會(huì)使產(chǎn)品微放電效應(yīng)閾值下降，因而必須對(duì)飛行器 件本身或飛行樣品進(jìn)行測(cè)試，并留有功率余量(一般設(shè)計(jì)為3~6 dB)。

　　根據(jù)微放電發(fā)生會(huì)對(duì)被測(cè)件的輸入輸出信號(hào)產(chǎn)生一定影響，如產(chǎn)生 輸入信號(hào)相位和幅度發(fā)生變化，產(chǎn)生輸入信號(hào)的諧波變化，或者被測(cè)件反射功率增大等。同時(shí)，發(fā)生微放電也會(huì)產(chǎn)生來(lái)自被測(cè)件表面的氣體或者離子等放電激發(fā)，或 者產(chǎn)生放電激發(fā)的電流等。微放電檢測(cè)就是基于這兩方面特點(diǎn)來(lái)判斷被測(cè)件是否發(fā)生了微放電。

　　目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研究出了多種檢測(cè)微放電的方 法，但是由于微放電現(xiàn)象比較復(fù)雜，各種檢測(cè)方法都在檢測(cè)靈敏度和判斷放電可靠性兩方面需要討論，如檢測(cè)中可能會(huì)發(fā)生了放電，但因?yàn)闄z測(cè)方法的設(shè)備系統(tǒng)有一 定延遲不能及時(shí)的判斷放電，或者有其他現(xiàn)象產(chǎn)生類(lèi)似于放電的影響，從而被誤判為放電等。

　　下面介紹一般微放電檢測(cè)系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)。微放 電檢測(cè)系統(tǒng)主要包括四個(gè)部分：功率加載系統(tǒng)，真空罐，大功率吸收系統(tǒng)，檢測(cè)系統(tǒng)。功率加載系統(tǒng)產(chǎn)生所需的測(cè)試信號(hào)，這個(gè)信號(hào)輸入放在真空系統(tǒng)的被測(cè)件，輸 出的功率一部分被負(fù)載吸收。在真空罐兩端耦合連接檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)真空系統(tǒng)中的被測(cè)件兩端測(cè)試信號(hào)相位、幅度及底噪的相關(guān)變化，由此判斷被測(cè)器件是否發(fā)生了 放電;也可以在真空系統(tǒng)中裝電子探針或光纖并連接到顯示設(shè)備上，檢測(cè)是否發(fā)生了放電。微放電檢測(cè)系統(tǒng)基本原理圖如圖2所示(其中*為電子探針或光纖)。詳 細(xì)的檢測(cè)方法下面將做介紹。

　　(圖中*是深入被測(cè)件的電子探針或光纖)圖2 微放電檢測(cè)系統(tǒng)基本原理框圖

　　2 檢測(cè)方法介紹

　　微放電的檢測(cè)方法分為局部法和全局法，如圖1中的電子探針或光電倍增管/光 纖。局部法有光電倍增檢測(cè)和電子探針檢測(cè);全局檢測(cè)法有二次諧波檢測(cè)、殘余物質(zhì)檢測(cè)、前后向功率調(diào)零檢測(cè)、近載波噪聲檢測(cè)和調(diào)幅法等。微放電局部檢測(cè)法是 利用放電會(huì)增大電子濃度或者激發(fā)氣體放電;全局檢測(cè)方法是利用了微放電過(guò)程中信號(hào)的變化特性，通過(guò)觀測(cè)信號(hào)的前后變化來(lái)檢測(cè)微放電。

　　歐洲空間標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)調(diào)組織指定的關(guān)于微放電設(shè)計(jì)和測(cè)試方面的標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定，微放電試驗(yàn)中必須包含兩種檢測(cè)方法，其中有一種方法必須是全局檢測(cè)法。因此對(duì)微放電的檢測(cè)方法的研究不容忽視。