CN104101854B - 一种由电磁驱动的一体化波导校准件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种由电磁驱动的一体化波导校准件，包括传输系统及驱动系统；所述传输系统由外壳和转轴组成；所述驱动系统包括中轴、磁铁、六组线圈；当相邻两个线圈通过相反的直流电时，会形成N极或S极，与磁铁的磁极产生一个吸引一个排斥，用于产生推动中轴旋转的动力，继而带动转轴转动；所述六组线圈轮流通电，带动转轴转动，进而形成不同的波导传输组合，以完成校准件的校准。采用上述方案，原来双端口波导校准的手动操作，被电磁驱动所取代，校准模式自动组合，效率大大提高，测量的准确性和一致性也提高很多，并且便于将其作为一个功能器件放入到整机内部，软件控制也比较简单，能达到随时校准、随时测量的快速目的。

Description

一种由电磁驱动的一体化波导校准件

技术领域

本发明属于一体化波导校准件技术领域，尤其涉及的是一种由电磁驱动的一体化波导校准件。

背景技术

波导型校准件是矢量网络分析仪配置的一套用来对系统误差进行校准的精密设备，根据波导尺寸的大小，其适用频率从2GHz至500GHz，标准配置有四种基本类型：短路器、偏移器、直通波导、精密负载，代表了标准的数学、物理特性。每次矢量网络分析仪在测试前，两端口都要分别测量以上四种部件的特性，再利用算法得到系统误差的数值，并在以后的使用中，将此系统误差进行排除，提高分析仪的测量精度。

目前，国内外的波导型校准件均是作为矢量网络分析仪的附件，用盒子将四种校准部件包装起来。双端口校准时，所有过程操作均由手动完成，每次校准操作人员需要八次拆、装不同部件，效率较低，同时人为因素影响较大，测试结果不准确。另外，由于波导型校准件是矢量网络分析仪的外带配套设备，里面的部件也是单独存在的，携带和保护都比较困难，磨损和损伤都会大大降低校准的精确度。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种由电磁驱动的一体化波导校准件。

本发明的技术方案如下：

一种由电磁驱动的一体化波导校准件，其中，包括传输系统及驱动系统；所述传输系统由外壳和转轴组成；所述外壳的外部为四方体，两相对侧面开波导通孔，与外部测试电缆相连；所述外壳中心为圆柱转轴，所述圆柱转轴的圆柱面均匀分布六组波导孔；其中两个相对的波导孔相通，形成直通波导；另外两个相对的波导孔装入吸收体，形成两个精密负载，其余两个波导孔分别装入短路片及偏移片；所述驱动系统包括中轴、磁铁、六组线圈；所述磁铁固定在所述中轴一侧，所述磁铁的磁极一端向外设置，所述磁铁的磁铁另一端向所述中轴的中心设置，所述六组线圈围绕所述中轴沿圆周均匀分布，当相邻两个线圈通过相反的直流电时，会形成N极或S极，与磁铁的磁极产生一个吸引一个排斥，用于产生推动中轴旋转的动力，继而带动转轴转动；所述六组线圈轮流通电，带动转轴转动，进而形成不同的波导传输组合，以完成校准件的校准。

所述的由电磁驱动的一体化波导校准件，其中，所述圆柱转轴转到不同角度时，其上设置的波导孔与所述外壳的波导通孔相接，形成不同的测量组合，所述圆柱转轴转动四次旋转即完成一次双端口的校准。

所述的由电磁驱动的一体化波导校准件，其中，所述转轴底面上设有六个凹坑，所述外壳内表面设有一圆孔，所述圆孔内设有弹簧和钢珠，当所述凹坑与圆孔相对时，弹簧顶着钢珠卡在凹槽内，从而完成定位。

所述的由电磁驱动的一体化波导校准件，其中，所述转轴通过二个轴承固定在外壳内，并分别围绕二个轴承的中心转动；将转轴和外壳之间的缝隙屏蔽，转轴与中轴之间通过销连接，中轴通过二个轴承固定在机壳和安装板上，并分别围绕二个轴承的中心转动，磁铁套采用非导磁性材料，过盈安装在中轴上，磁铁固定在磁铁套内，六组线圈固定在机壳的侧壁上，绕线引出的线头锡焊在接线柱上，接线柱与电路板锡焊连接，由电路板控制电流的有无和方向。

所述的由电磁驱动的一体化波导校准件，其中，所述圆柱转轴转动四次旋转即完成一次双端口的校准的具体步骤为：

步骤1：所述外壳波导口与所述圆柱转轴的直通波导口相接，端口1和端口2进行直通校准；

步骤2：当处于旋转60度后的位置时，端口1进行偏移校准，端口2进行短路校准；

步骤3：当处于继续旋转60度的位置时，端口1和端口2均进行负载校准；

步骤4：当处于继续旋转120度后的位置时，端口1进行短路校准，端口2进行偏移校准。

所述的由电磁驱动的一体化波导校准件，其中，所述产生推动中轴旋转的动力，继而带动转轴转动的工作原理为：初始时，磁铁的N极与一线圈相对，当所述线圈中通入一直流电时，其两端将产生磁极，如果面对所述磁铁的一端是N极，将会对所述磁铁产生推力；与此同时，相邻的线圈通过一相反直流电，面向所述磁铁的一端产生S极，将会对所述磁铁产生吸力，因此，所述磁铁带动磁铁套和中轴旋转预定角度。

采用上述方案，双端口波导校准的操作，用电磁驱动取代手动拆装，校准模式自动组合，效率大大提高，测量的准确性和一致性也提高很多，并且便于将其作为一个功能器件放入到整机内部，软件控制也比较简单，能达到随时校准、随时测量的快速目的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明转轴组件的装配图。

图3为本发明第一种校准状态示意图。

图4为本发明第二种校准状态示意图。

图5为本发明第三种校准状态示意图。

图6为本发明第四种校准状态示意图。

图7为本发明相邻两个线圈推动中轴的示意图。

图8为本发明相邻两个线圈推动中轴的动态图。

图中：1-轴承，2-磁铁套，3-中轴，4-轴承，5-销，6-轴承，7-支架，8-转轴组件，9-轴承，10-电路板，11-接线柱，12-磁铁，13-线圈，14-机壳，15-支撑板，16-导电橡胶圈，17-钢珠，18-顶丝，19-弹簧，20-外壳，21-吸收体，22-偏移片，23-转轴，24-短路片，25-吸收体。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1

本发明技术方案为：整个校准件分为传输部分和驱动部分。传输部分主要由外壳和转轴组成，外壳为四方体，两相对侧面开波导通孔，外面与测试电缆相连。外壳中心为圆柱转轴，圆柱面均匀分布六组波导孔，其中两个相对的波导孔相通，形成直通波导，另外两个相对的波导孔装入吸收体，形成两个精密负载，其余两个波导孔装入短路片、偏移片。当转轴转到不同角度时，其上的波导孔与外壳的波导孔相接，形成不同的测量组合，转轴四次旋转即可完成一次双端口的校准。驱动部分主要由中轴、磁铁、六组线圈组成，磁铁固定在中轴一侧(磁极一端冲外，一端冲中心)，线圈围绕中轴沿圆周均布。当相邻两个线圈通过相反的直流电时，会形成不同的N或S极，与磁铁的磁极产生一个吸引一个排斥，以此产生推动中轴旋转的动力，继而带动转轴转动。六组线圈轮流通电，转轴一次次转动，完成校准过程。为了保证转动位置的准确性，转轴底面上有六个凹坑，外壳内表面有一圆孔，内有弹簧和钢珠，当凹坑与圆孔相对时，弹簧顶着钢珠卡在凹槽内，从而完成定位。

如图1所示，转轴组件8通过轴承6、轴承9固定在外壳20内，并可以围绕中心转动。为保证波导内传输的电磁信号不外泄，采用支架7和导电橡胶圈16结构，将转轴组件8和外壳20之间的缝隙屏蔽。转轴组件8与中轴3之间通过销5连接，中轴3通过轴承1、轴承4固定在机壳14和安装板15上，并可以围绕中心转动。磁铁套2采用非导磁性材料，过盈安装在中轴3上，磁铁12固定在磁铁套内2。六组线圈13固定在机壳14的侧壁上，绕线引出的线头锡焊在接线柱11上。接线柱11与电路板10锡焊连接，由电路板10控制电流的有无和方向。图1中，17、18、19分别为钢珠、弹簧和顶丝，用于定位转轴组件。

图2中，转轴23的六个均布的波导孔中，除两个相通外，其余四个分别装入吸收体21、吸收体25、偏移片22、短路片24。

图3-图6为校准的四种状态示意图。外壳20的波导孔与转轴组件8的波导孔相通时，达到校准位置，端口1和端口2通过测试电缆与矢量网络分析仪相连。图3位置时，两端口进行直通校准；图4为旋转60度后的位置，端口1进行偏移校准，端口2进行短路校准；图5为继续旋转60度的位置，端口1和端口2均进行负载校准；图6为继续旋转120度后的位置，端口1进行短路校准，端口2进行偏移校准。

图7及图8为线圈13加电后驱动中轴3旋转的示意图，为清晰反映其工作原理，取其中相邻两线圈做说明。初始时，磁铁12的N极与一线圈相对，当线圈中通入一直流电时，线圈13两端将产生磁极，如果面对磁铁12的一端是N极，根据同极排斥的物理原理，将会对磁铁12产生推力；与此同时，相邻的线圈通过一相反直流电，面向磁铁12的一端产生S极，根据同极吸引的物理原理，将会对磁铁12产生吸力，这样磁铁12带动磁铁套2和中轴3旋转一个角度。六个线圈13沿圆周均布，夹角为60度，所以每次加电旋转60度。

为矢量网络分析仪利用该发明进行校准的示意图。矢量网络分析仪通过测试电缆与波导型校准件连接后，通过外置电源加电，控制校准状态。在实际使用中，测试电缆和波导型校准件也可以移植到矢量网络分析仪的内部中，整机电源可以提供波导校准件所需的电流，整机软件控制每个线圈的电流和方向。

本发明的由电磁驱动的波导型校准件，可以完成矢量网络分析仪校准所需的直通、短路、偏移、负载的校准，其特征是：线圈通电产生磁极，与磁铁的磁极相斥或相吸，以此产生推动中轴旋转的动力，中轴带动转轴组件转动。通过沿圆周均布的六组线圈的加电顺序和方向，控制转轴组件的转动方向和角度。

转轴的圆柱面上均匀分布六组波导孔，其中两个相对的波导孔相通，形成直通波导，另外两个相对的波导孔装入吸收体，形成两个精密负载，其余两个波导孔装入短路片、偏移片。

当转轴组件的波导孔与外壳的波导孔相通时，达到一种校准位置。控制六组线圈的加电顺序和方向，使转轴组件上的不同波导孔与外壳的波导孔相通，形成不同的测量组合，完成校准过程。

六组线圈围绕中轴沿圆周均布，中轴上固定一非导磁的磁铁套，内有一磁铁，其磁极一端面向中轴，另一端面向线圈。

实施例2

在上述实施例的基础上，进一步，本发明提供一种由电磁驱动的一体化波导校准件，其中，包括传输系统及驱动系统；所述传输系统由外壳和转轴组成；所述外壳的外部为四方体，两相对侧面开波导通孔，与外部测试电缆相连；所述外壳中心为圆柱转轴，所述圆柱转轴的圆柱面均匀分布六组波导孔；其中两个相对的波导孔相通，形成直通波导；另外两个相对的波导孔装入吸收体，形成两个精密负载，其余两个波导孔分别装入短路片及偏移片；所述驱动系统包括中轴、磁铁、六组线圈；所述磁铁固定在所述中轴一侧，所述磁铁的磁极一端向外设置，所述磁铁的磁铁另一端向所述中轴的中心设置，所述六组线圈围绕所述中轴沿圆周均匀分布，当相邻两个线圈通过相反的直流电时，会形成N极或S极，与磁铁的磁极产生一个吸引一个排斥，用于产生推动中轴旋转的动力，继而带动转轴转动；所述六组线圈轮流通电，通过转轴转动，以完成校准件的校准。

上述中，所述圆柱转轴转到不同角度时，其上设置的波导孔与所述外壳的波导通孔相接，形成不同的测量组合，所述圆柱转轴转动四次旋转即完成一次双端口的校准。

上述中，所述转轴底面上设有六个凹坑，所述外壳内表面设有一圆孔，所述圆孔内设有弹簧和钢珠，当所述凹坑与圆孔相对时，弹簧顶着钢珠卡在凹槽内，从而完成定位。

上述中，所述转轴通过二个轴承固定在外壳内，并分别围绕二个轴承的中心转动；将转轴和外壳之间的缝隙屏蔽，转轴与中轴之间通过销连接，中轴通过二个轴承固定在机壳和安装板上，并分别围绕二个轴承的中心转动，磁铁套采用非导磁性材料，过盈安装在中轴上，磁铁固定在磁铁套内，六组线圈固定在机壳的侧壁上，绕线引出的线头锡焊在接线柱上，接线柱与电路板锡焊连接，由电路板控制电流的有无和方向。

上述中，所述圆柱转轴转动四次旋转即完成一次双端口的校准的具体步骤为：

步骤1：所述外壳波导口与所述圆柱转轴的直通波导口相接，端口1和端口2进行直通校准；

步骤2：当处于旋转60度后的位置时，端口1进行偏移校准，端口2进行短路校准；

步骤3：当处于继续旋转60度的位置时，端口1和端口2均进行负载校准；

步骤4：当处于继续旋转120度后的位置时，端口1进行短路校准，端口2进行偏移校准。

上述中，所述产生推动中轴旋转的动力，继而带动转轴转动的工作原理为：初始时，磁铁的N极与一线圈相对，当线圈中通入一直流电时，另一相邻线圈两端将产生磁极，如果面对磁铁的一端是N极，将会对磁铁产生推力；与此同时，相邻的线圈通过一相反直流电，面向磁铁的一端产生S极，将会对磁铁12产生吸力，因此，磁铁带动磁铁套和中轴旋转预定角度。采用上述方案，双端口波导校准的操作，用电磁驱动取代手动拆装，校准模式自动组合，效率大大提高，测量的准确性和一致性也提高很多，并且便于将其作为一个功能器件放入到整机内部，软件控制也比较简单，能达到随时校准、随时测量的快速目的。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种由电磁驱动的一体化波导校准件，其特征在于，包括传输系统及驱动系统；所述传输系统由外壳和转轴组成；所述外壳的外部为四方体，两相对侧面开波导通孔，与外部测试电缆相连；所述外壳中心为圆柱转轴，所述圆柱转轴的圆柱面均匀分布六个波导孔；其中两个相对的波导孔相通，形成直通波导；另外两个相对的波导孔装入吸收体，形成两个精密负载，其余两个波导孔分别装入短路片及偏移片；所述驱动系统包括中轴、磁铁、六个线圈；所述磁铁固定在所述中轴一侧，所述磁铁的磁极一端向外设置，所述磁铁的磁极另一端向所述中轴的中心设置，所述六个线圈围绕所述中轴沿圆周均匀分布，当相邻两个线圈通过相反的直流电时，会形成N极或S极，与磁铁的磁极产生一个吸引一个排斥，用于产生推动中轴旋转的动力，继而带动转轴转动；所述六个线圈轮流通电，通过转轴转动，以完成校准件的校准。

2.如权利要求1所述的由电磁驱动的一体化波导校准件，其特征在于，所述圆柱转轴转到不同角度时，其上设置的波导孔与所述外壳的波导通孔相接，形成不同的测量组合，所述圆柱转轴转动四次旋转即完成一次双端口的校准。

3.如权利要求1所述的由电磁驱动的一体化波导校准件，其特征在于，所述转轴底面上设有六个凹坑，所述外壳内表面设有一圆孔，所述圆孔内设有弹簧和钢珠，当所述凹坑与圆孔相对时，弹簧顶着钢珠卡在凹槽内，从而完成定位。

4.如权利要求1所述的由电磁驱动的一体化波导校准件，其特征在于，所述转轴通过二个轴承固定在外壳内，并分别围绕二个轴承的中心转动；将转轴和外壳之间的缝隙屏蔽，转轴与中轴之间通过销连接，中轴通过二个轴承固定在机壳和安装板上，并分别围绕二个轴承的中心转动，磁铁套采用非导磁性材料，过盈安装在中轴上，磁铁固定在磁铁套内，六个线圈固定在机壳的侧壁上，绕线引出的线头锡焊在接线柱上，接线柱与电路板锡焊连接，由电路板控制电流的有无和方向。

5.如权利要求2所述的由电磁驱动的一体化波导校准件，其特征在于，所述圆柱转轴转动四次旋转即完成一次双端口的校准的具体步骤为：

步骤1：所述外壳的波导口与所述圆柱转轴的直通波导口相接，端口1和端口2进行直通校准；

步骤2：当处于旋转60度后的位置时，端口1进行偏移校准，端口2进行短路校准；

步骤3：当处于继续旋转60度的位置时，端口1和端口2均进行负载校准；

步骤4：当处于继续旋转120度后的位置时，端口1进行短路校准，端口2进行偏移校准。

6.如权利要求1所述的由电磁驱动的一体化波导校准件，其特征在于，所述产生推动中轴旋转的动力，继而带动转轴转动的工作原理为：初始时，磁铁的N极与一线圈相对，当线圈中通入一直流电时，另一相邻线圈两端将产生磁极，如果面对磁铁的一端是N极，将会对磁铁产生推力；与此同时，相邻的线圈通过一相反直流电，面向磁铁的一端产生S极，将会对磁铁（12）产生吸力，因此，磁铁带动磁铁套和中轴旋转预定角度。