6.2.3 多载波微放电的直接验证方法
多载波微放电的直接验证方法是采用仪器设备结合软件控制模拟多载波实际工作状态检测微放电的方法。这里介绍中国空间技术研究院西安分院研制的Ku频段多载波微放电研究平台，该平台能够实现对6路相位可控的多载波信号进行功率放大和合成，并在真空罐中进行微放电试验与现象检测的功能。
图6-4 第一类微波部件多载波微放电考核流程
系统可按照功能模块实现划分为九个部分：自动控相的信号产生子系统、信号放大子系统、功率测量与校准子系统、多工器合成子系统、电子产生子系统、微放电检测子系统、真空模拟子系统、系统主控软件和系统集成。大功率微波部件多载波微放电效应研究平台组成框图如图6-5所示。
1.自动控相的信号产生子系统
图6-5 大功率微波部件多载波微放电效应研究平台组成框图
自动控相的信号产生子系统包括两个子部分，即信号产生和相控。信号产生指产生用于6路且频率各不相同的Ku频段小功率信号，并支持相对初相调整功能。同时信号样式支持连续波和调制信号（包括但不限于BPSK、QPSK和16QAM等），同时还支持任意波形文件导入。
图6-6 自动控相的信号产生子系统组成框图
多载波微放电区别于单载波微放电检测系统最主要的特征是需要对多路输入载波信号进行相位控制，这里介绍多载波微放电检测系统自动控相的信号产生子系统，其原理框图如图6-6所示。自动控相的信号产生子系统主要产生用于微放电效应试验所需的多通道微波信号，并支持载波间相对相位自动控制。本部分要求支持连续波与调制信号生成，调制方式包括BPSK、QPSK和16QAM等典型通信调制方式；支持对6路载波信号进行相位检测、自适应调整并实时进行相位跟踪；支持理论与实测的多载波相位合成包络采集与对比。
多通道信号生成子系统由标准的任意波形发生器Keysight M8190A构成，共包括3块Keysight M8190A板卡与相应的机箱等，如图6-7所示。
图6-7 多通道信号生成子系统实物图
相控部分主要指通过引入相位控制手段确保6路异频信号经功率放大器放大并合成后，能够得到试验预期的包络相位形式，即可精确地调整与控制6路异频载波相控，同时可通过示波器直观地观察信号包络，这是多载波微放电试验的关键部分，我们采用信号源（作为本振源），通过相位控制系统结合控制信号发生器产生信号的相位，与示波器采集的信号比对调整，现场实物如图6-8所示。
图6-8 相位控制子系统的现场实物
2.信号放大子系统
信号放大子系统包括6路功率放大子系统（见图6-9），每套功率放大子系统由2台行波管放大器组成，2台行波管放大器合路输出到一个独立的通道，功率放大器后端采用魔T设计，可将两路功率放大器输出的功率合成输出更高的功率。信号放大子系统将6路异频Ku波段小功率信号进行放大，以满足对微放电试验要求的功率等级。由于系统通道数较多、功率较大，因此功率放大系统均采用水冷散热方式，确保系统运行过程中的噪声水平保持在较低水平。
3.功率测量与校准子系统
（1）功率测量：旨在对功率放大器输出端进行正反向功率监测，主要涉及仪表为6台双通道平均功率计和12支平均功率计探头，如图6-10所示。
图6-9 功率放大子系统
图6-10 功率测量与校准子系统实物图
（a）6台双通道平均功率计
图6-10 功率测量与校准子系统实物图（续）
（b）12支均值率计探头
（2）校准子系统：包括对整体测试系统的关键链路损耗校准测量，确保系统功率测量精度满足要求，主要涉及仪表设备为微波信号源、频谱分析仪和必要的无源模块等。
4.多工器合成子系统
此子系统特指输出多工合成器，OMUX用于将指定频率分布的6路异频大功率信号进行合成，输出6路异频信号合成包络信号，合成的信号最终通过真空罐馈入待测件。
5.电子产生子系统
微放电测试用种子电子常用的有三种，根据第5章的分析结果，这里我们采用紫外光源方案，通过紫外光照射在器件关键区域，利用光电效应原理在器件内壁上激发自由电子，作为微放电效应发生的初始电子，加速微放电现象的产生。
我们采用国产的紫外激光源作为微放电试验初始电子加载方式，相较于辐射源与电子枪更为方便与安全，使用的紫外激光源设备如图6-11所示。
图6-11 紫外激光源设备（见彩插）
根据光电效应原理，光纤深入被测件内部产生光电效应，光强与产生的自由电子数量和能量的关系采用法拉第杯测量，使用的电子数量测量装置如图6-12所示。通过调整紫外光源产生能量选择数量合适的光电子，最终提供适用于微放电试验的种子电子源。
图6-12 紫外激光源产生种子电子的测量（见彩插）
6.微放电检测子系统
微放电效应研究平台通常采用调零检测法和谐波检测法监测微放电效应是否发生。本系统同样支持此两种方法——调零检测法和三次谐波检测法，同时支持正／反向功率检测法。图6-13所示为调零检测分析仪原理图。
图6-13 调零检测分析仪原理图（见彩插）
采用该技术原理设计实现的调零检测分析仪实物图如图6-14所示。调零电路正常情况下，调零深度优于-70 dBm；支持数字调零与时频域同时显示。
图6-14 微放电自动调零检测分析仪（见彩插）
7.真空模拟子系统
真空模拟子系统是模拟微放电效应发生必要的真空环境条件。真空模拟子系统主要包含：供电系统、泵、控温系统、真空罐体、软件控制等部分，结合使用需求我们采用上开盖形式的真空罐，现场实物如图6-15所示。微放电试验过程中真空罐内待测件所处的真空度和温度等参数都采用软件自动监测并存储。
图6-15 真空罐实物图
8.系统主控软件
研究平台运行使用主控系统，通过系统主控软件能够完成对试验系统中包括信号源、频谱分析仪、功率放大器、功率计、示波器、调零检测分析仪和真空模拟子系统等所有可程控设备或仪表的控制与监测，具备自动进行系统关键点功率标定和自动校准能力，同时可对系统所有试验参数等数据进行记录和存储。
图6-16所示为系统软件主控界面。
9.系统集成
整个测试系统进行了科学和人性化的集成设计，提供结构紧凑的标准化机箱安装设计，同时考虑了系统的可移动性以及易用性，尽量减少人工接线作业，实现方便、快捷测试。
采用上述技术方案，目前整套测试系统已经建设完成，如图6-17所示，该系统建设将为大功率多载波微放电效应研究提供有力支撑。
图6-17 Ku频段大功率多载波微放电效应（见彩插）
（a）研究平台正面；（b）研究平台整体