微放電檢測方法的總結與分析

　　微放電是在真空條件下，發(fā)生在微波器件內部的射頻擊穿現象。近年來，隨著空間技術的發(fā)展，微波部件工作的功率越來越大，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，當功率、射頻和器件內部結構尺寸滿足一定關系時發(fā)生微放電效應，這種現象的產生又取決于真空壓力、加工工藝、表 面處理、材料、污染等因素。微放電一旦產生將造成嚴重后果，導致微波傳輸系統駐波比增大，反射功率增加，噪聲電平抬高，致使系統不能正常工作。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。基于微放電發(fā)生會產生嚴重影響，而且微放電產生機理復雜，至今還沒有完全掌握; 同時，實際中制作工藝與工藝缺陷，以及存放過程中可能會污染等方面原因，會導致實際的微放電閾值比設計的低;因此，必須對制造好的器件以及待使用的器件進 行微放電測試。

　　1 微放電現象及檢測原理

　　微放電效應是由器件表面二次電子發(fā)射引 起的，由圖1可以看到，會產生雪崩現象，這種效應是諧振性的，因為電子渡越時間必定是射頻場周期一半的奇數倍。這種諧振效應又依賴于射頻場、器件結構縫隙 和表面次級電子發(fā)射特性等因素。因此，在真空情況下，當電子的平均自由程大于器件結構縫隙尺寸;微波器件內縫隙尺寸和諧波頻率使得電子渡越時間為射頻場周 期一半的奇數倍;表面二次電子發(fā)射系數大于1;則電子在強微放電場加速下產生電子二次倍增，即微放電現象。表面二次電子發(fā)射特性又與材料、表面處理、污 染、溫度、電子撞擊板時的速度和縫隙電壓等因素有關。

　　圖1 雙金屬表面微放電發(fā)生過程示意圖

　　微放電的產生強烈地依賴于器件表面電子二次發(fā)射特性，盡管在產品鑒定時器件滿足微放電設計容限的要求，但對新加工出的正樣產品仍需要進行微放電效應測 試。由于產品加工過程中未預計到的污染、表面材料狀況、粘結劑和潤滑劑的存在;銳利邊緣場強的增加等因素都會使產品微放電效應閾值下降，因而必須對飛行器 件本身或飛行樣品進行測試，并留有功率余量(一般設計為3~6 dB)。

　　根據微放電發(fā)生會對被測件的輸入輸出信號產生一定影響，如產生 輸入信號相位和幅度發(fā)生變化，產生輸入信號的諧波變化，或者被測件反射功率增大等。同時，發(fā)生微放電也會產生來自被測件表面的氣體或者離子等放電激發(fā)，或 者產生放電激發(fā)的電流等。微放電檢測就是基于這兩方面特點來判斷被測件是否發(fā)生了微放電。

　　目前國內外已經研究出了多種檢測微放電的方 法，但是由于微放電現象比較復雜，各種檢測方法都在檢測靈敏度和判斷放電可靠性兩方面需要討論，如檢測中可能會發(fā)生了放電，但因為檢測方法的設備系統有一 定延遲不能及時的判斷放電，或者有其他現象產生類似于放電的影響，從而被誤判為放電等。

　　下面介紹一般微放電檢測系統的組成及特點。微放 電檢測系統主要包括四個部分：功率加載系統，真空罐，大功率吸收系統，檢測系統。功率加載系統產生所需的測試信號，這個信號輸入放在真空系統的被測件，輸 出的功率一部分被負載吸收。在真空罐兩端耦合連接檢測系統，檢測真空系統中的被測件兩端測試信號相位、幅度及底噪的相關變化，由此判斷被測器件是否發(fā)生了 放電;也可以在真空系統中裝電子探針或光纖并連接到顯示設備上，檢測是否發(fā)生了放電。微放電檢測系統基本原理圖如圖2所示(其中*為電子探針或光纖)。詳 細的檢測方法下面將做介紹。

　　(圖中*是深入被測件的電子探針或光纖)圖2 微放電檢測系統基本原理框圖

　　2 檢測方法介紹

　　微放電的檢測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和電子探針檢測;全局檢測法有二次諧波檢測、殘余物質檢測、前后向功率調零檢測、近載波噪聲檢測和調幅法等。微放電局部檢測法是 利用放電會增大電子濃度或者激發(fā)氣體放電;全局檢測方法是利用了微放電過程中信號的變化特性，通過觀測信號的前后變化來檢測微放電。

　　歐洲空間標準化協調組織指定的關于微放電設計和測試方面的標準明確規(guī)定，微放電試驗中必須包含兩種檢測方法，其中有一種方法必須是全局檢測法。因此對微放電的檢測方法的研究不容忽視。