CN106019014A - 一种折叠波导行波管用集中衰减器的测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种折叠波导行波管用集中衰减器的测试系统及测试方法，测试系统包括：测试腔体、波导变换夹具、标准WR6波导以及分析仪器。所述方法为：在测试腔体中放入集中衰减器后，将腔体用盖板压紧密封；在测试腔体的两端分别用法兰与波导变换夹具、标准WR6波导法兰连接；再将波导系统与分析仪器(矢量网络分析仪或标量网络分析仪)进行连接；分析仪器通电、校准之后，进行两端口的S参数的测量。通过S参数的计算公式得到集中衰减器的特性参数，包括介电常数和损耗角正切。该方法解决了频率大于100GHz的衰减器测试参数问题，并能直接挑选反射低、吸收高的衰减器产品，用于折叠波导行波管的研制，为推动太赫兹系统产品的应用奠定了基础。

Description

一种折叠波导行波管用集中衰减器的测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及微波电真空器件技术领域，具体涉及到一种D波段折叠波导行波管用集中衰减器的测试系统及测试方法。

背景技术

行波管是一种将输入的微波信号进行放大的电真空器件，具有大功率和高增益的特点，已广泛用于电子对抗、雷达系统和高速无线通讯领域。折叠波导行波管由于其慢波结构具有全金属结构、色散较平坦、高频损耗小、功率容量大等特点，已成为100GHz以上频段具有应用前景的微电真空器件之一。

行波管这种高增益放大器件，由于功率和带宽的性能要求，通常在电子与波相互作用时，容易产生自激振荡，破坏行波管的正常工作。为了提高行波管的工作稳定性，抑制自激振荡，必须在管内加入一种集中衰减器，以切断反馈通道，使得正常的输入信号得到放大。

集中衰减器是指一种含有吸收微波的材料，并将其加工成某种形状的产品。行波管对集中衰减器的基本要求是在给定的频率范围内，具有足够的衰减量，并起到吸收杂波和减小反射的作用。

电子科技大学巩华荣教授(巩华荣，宫玉彬，唐涛等，折叠波导行波管切断匹配的设计强激光与粒子束2011，第23卷(第2期))在文章中就很好地阐述了各种集中衰减器的形状和匹配影响，为设计折叠波导行波管提供了参考。但文章对衰减器仅限于设计与试验结果的对比，而且只测试了衰减器的驻波匹配特性，对透过波的吸收衰减性能没有测量，对其测试方法没有提及，而且只限于频率35GHz左右的测试数据。

频率在100GHz以上的折叠波导行波管设计时，没有现成的衰减器特性参考可查，严重制约了频率大于100GHz以上的折叠波导行波管的应用。因此需要对集中衰减器的吸收和反射特性进行精确的测量，使其应用到折叠波导行波管加工和制造中。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种折叠波导行波管用集中衰减器的测试系统，包括：

矢量网络分析仪；

第一标准WR6波导，其输入端与矢量网络分析仪的测试信号的输出端口连接；

第一波导变换夹具，其输入端与所述第一标准WR6波导的输出端连接，所述第一波导变换夹具为一具有梯形体空腔的结构；

测试腔体，其包括底板和密封压合在底板上的盖板；所述盖板上设置有微波信号的传输槽和容纳待测集中衰减器的方槽；所述底板和盖板密封压合形成微波信号传输通道和容纳待测集中衰减器的腔体；所述微波信号传输通道的输入端与第一波导变换夹具的输出端连接；

第二波导变换夹具，其输入端与测试腔体中微波信号传输通道的输出端连接；所述第二波导变换夹具为一具有空腔的梯形体结构；

第二标准WR6波导，其输入端与第二波导变换夹具的输出端连接，其输出端与矢量网络分析仪的测量信号输入端口连接。

优选的是，所述连接均采用法兰连接。

优选的是，所述待测集中衰减器为具有楔形体结构的衰减器；所述楔形体结构的衰减器的斜面朝向微波信号的输入方向。

优选的是，所述第一波导变换夹具的梯形体空腔的矩形大头孔与第一标准WR6波导的输出端连接，其梯形体空腔的矩形小头孔与测试腔体中微波信号传输通道的输入端连接。

优选的是，所述第二波导变换夹具的梯形体空腔的矩形大头孔与第二标准WR6波导的输入端连接，其梯形体空腔的矩形小头孔与测试腔体中微波信号传输通道的输出端连接。

优选的是，所述第一标准WR6波导和第二标准WR6波导的波导尺寸均为1.651mm×0.826mm，测量频率范围为120GHz～160GHz。

本发明还提供一种利用上述的折叠波导行波管用集中衰减器的测试系统进行测试的方法，包括以下步骤：

步骤一、将待测集中衰减器，经过清洗、干燥后，放入到测试腔体的底板上，在底板上方压上盖板，盖板的方槽容纳集中衰减器，然后将底板和盖板密封压紧，所述盖板上的传输槽在底板和盖板密封压紧后形成具有输入端和输出端的微波信号传输通道；

步骤二、将测试腔体的输入端与第一波导变换夹具的输出端连接；将测试腔体的输出端与第二波导变换夹具的输入端连接；

步骤三、将第一波导变换夹具的输入端连接至第一标准WR6波导的输出端；将第二波导变换夹具的输出端连接至第二标准WR6波导的输入端；

步骤四、将第一标准WR6波导的输入端连接至矢量网络分析仪的测试信号输出端；将第二标准WR6波导的输出端连接至矢量网络分析仪的测量信号输入端；

步骤五、对矢量网络分析仪进行通电、预热、校准之后，对整个测试系统进行S参数的测量，得到测量结果。

优选的是，其特征在于，所述S参数包括反射系数、吸收系数，可直接得到吸收频率、吸收量、反射系数的参数；所述S参数的测量结果在矢量网络分析仪显示出S₁₁，S₂₁数据；其中，S₁₁的数据反映了集中衰减器对微波信号的反射特性，通过计算公式：驻波比VSWR＝(1+|S₁₁|)/(1-|S₁₁|)，得到集中衰减器对波的驻波特性，反映出集中衰减器的匹配好坏；其中，S₂₁的数据反映了集中衰减器对微波信号传输通过后的吸收量，通过计算公式：插损L_A(dB)＝10lg(1-|S₁₁|²)-10lg|S₂₁|²，得到集中衰减器对波的透过吸收特性，由此反映出集中衰减器的衰减量大小。

优选的是，所述连接均采用法兰连接；所述待测集中衰减器为具有楔形体结构的衰减器；所述楔形体结构的衰减器的斜面朝向微波信号的输入方向。

优选的是，所述第一标准WR6波导和第二标准WR6波导的波导尺寸均为1.651mm×0.826mm，测量频率范围为120GHz～160GHz；所述第一波导变换夹具的梯形体空腔的矩形大头孔与第一标准WR6波导的输出端连接，其梯形体空腔的矩形小头孔与测试腔体中微波信号传输通道的输入端连接；所述第二波导变换夹具的梯形体空腔的矩形大头孔与第二标准WR6波导的输入端连接，其梯形体空腔的矩形小头孔与测试腔体中微波信号传输通道的输出端连接。

在本发明中矢量网络分析仪可以替换为标量网络分析仪。

本发明至少包括以下有益效果：本发明能够在120GHz至160GHz频率范围内，同时测量得到集中衰减器对微波信号的反射特性和吸收特性，能够直接挑选反射低、吸收高的衰减器产品，满足行波管抑制振荡的要求，使得输入信号得到正常放大。这一方法最终在D波段折叠波导行波管产品研制中获得应用，得到最大输出功率7.3W，频率140.2GHz，增益24.6dB的信号结果，具有很强的实际应用价值，为推动太赫兹系统产品的应用奠定了基础。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明：

图1为本发明所述折叠波导行波管用集中衰减器的测试系统的结构示意图；

图2为本发明所述测试腔体的截面结构示意图；

图3为本发明所述第一波导变换夹具和第二波导变换夹具的结构示意图；

图4为本发明所述待测集中衰减器的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1～4示出了折叠波导行波管用集中衰减器的测试系统，包括：

矢量网络分析仪1；

第一标准WR6波导2，其输入端与矢量网络分析仪1的测试信号的输出端口采用法兰连接；

第一波导变换夹具3，其输入端与所述第一标准WR6波导2的输出端采用法兰连接，所述第一波导变换夹具3为一具有梯形体空腔4的结构；

测试腔体5，其包括底板6和密封压合在底板上的盖板7；所述盖板上设置有微波信号的传输槽和容纳待测集中衰减器的方槽；所述底板6和盖板7密封压合形成微波信号传输通道8和容纳待测集中衰减器的腔体9；所述微波信号传输通道8的输入端与第一波导变换夹具3的输出端采用法兰连接；微波信号传输通道8的尺寸模拟了折叠波导的尺寸大小；

第二波导变换夹具10，其输入端与微波信号传输通道8的输出端采用法兰连接；所述第二波导变换夹具10为一具有空腔的梯形体结构；

第二标准WR6波导11，其输入端与第二波导变换夹具10的输出端采用法兰连接，其输出端与矢量网络分析仪1的测量信号输入端口采用法兰连接。

在上述技术方案中，采用法兰连接以便微波信号通过而不发生泄漏，如图4，所述待测集中衰减器为具有楔形体结构13的衰减器，其厚度和微波信号传输通道8的窄边尺寸一致，长度和宽度通过优化后，需要和微波信号传输通道8的微波传输相匹配，从而减小波的反射；所述楔形体结构13的衰减器的斜面14朝向微波信号的输入方向，这样能够对微波进行吸收，同时还能减小微波的反射，提高匹配性能。

在上述技术方案中，如图3所示，所述第一波导变换夹具和第二波导变换夹具是将标准WR6矩形波导的大尺寸宽边a1、窄边b1，通过直线渐变的连接方式变换到和小尺寸的宽边a、窄边b的矩形波导，两端配有法兰，可与测试腔体进行紧固连接；其中，所述第一波导变换夹具是将标准的WR6波导的尺寸变换到模拟的折叠波导尺寸大小，两端配有法兰，可与测试腔体进行紧固连接，所述第一波导变换夹具的梯形体空腔的矩形大头孔与第一标准WR6波导的输出端连接，其梯形体空腔的矩形小头孔与测试腔体微波信号传输通道的输入端连接；所述第二波导变换夹具的梯形体空腔的矩形大头孔与第二标准WR6波导的输入端连接，其梯形体空腔的矩形小头孔与测试腔体微波信号传输通道的输出端连接，这样连接能够将矢量网络分析仪输出的微波信号通过波导变换夹具传输到测试腔体，之后此信号将被矢量网络分析仪所接收，而不发生微波的泄漏，其中标准WR6波导是在参考国际波导标准尺寸加工而成的，两端配有法兰，可以与波导变换夹具进行紧固连接。其波导尺寸为1.651mm×0.826mm，可以用来测量120GHz到160GHz的频率范围。

本发明的一种利用折叠波导行波管用集中衰减器的测试系统进行测试的方法，包括以下步骤：

步骤一、将待测集中衰减器，经过清洗、干燥后，放入到测试腔体的底板上，在底板上方压上盖板，盖板的方槽容纳集中衰减器，然后将底板和盖板密封压紧，所述盖板上的传输槽在底板和盖板密封压合形成具有输入端和输出端的微波信号传输通道；所述待测集中衰减器为具有楔形体结构的衰减器；所述楔形体结构的衰减器的斜面朝向微波信号的输入方向；

步骤二、将测试腔体的输入端与第一波导变换夹具的输出端采用螺钉紧固法兰连接；将测试腔体的输出端与第二波导变换夹具的输入端采用法兰连接；

步骤三、将第一波导变换夹具的输入端通过螺钉紧固法兰连接至第一标准WR6波导的输出端；将第二波导变换夹具的输出端通过螺钉紧固法兰连接至第二标准WR6波导的输入端；

其中，所述第一标准WR6波导和第二标准WR6波导的波导尺寸均为1.651mm×0.826mm，测量频率范围为120GHz～160GHz；所述第一波导变换夹具的梯形体空腔的矩形大头孔与第一标准WR6波导的输出端通过螺钉紧固法兰连接，其梯形体空腔的矩形小头孔与测试腔体微波信号传输通道的输入端通过螺钉紧固法兰连接；所述第二波导变换夹具的梯形体空腔的矩形大头孔与第二标准WR6波导的输入端连接，其梯形体空腔的矩形小头孔与测试腔体微波信号传输通道的输出端通过螺钉紧固法兰连接；

步骤四、将第一标准WR6波导的输入端通过螺钉紧固法兰连接至矢量网络分析仪的测试信号输出端；将第二标准WR6波导的输出端通过螺钉紧固法兰连接至矢量网络分析仪的测量信号输入端；

步骤五、对矢量网络分析仪进行通电、预热、校准之后，对整个测试系统进行S参数的测量，得到测量结果；

其中，所述S参数包括反射系数、吸收系数，可直接得到吸收频率、吸收量、反射系数的参数；所述S参数的测量结果在矢量网络分析仪显示出S₁₁，S₂₁数据；其中，S₁₁的数据反映了集中衰减器对微波信号的反射特性，通过计算公式：驻波比VSWR＝(1+|S₁₁|)/(1-|S₁₁|)，得到集中衰减器对波的驻波特性，反映出集中衰减器的匹配好坏；其中，S₂₁的数据反映了集中衰减器对微波信号传输通过后的吸收量，通过计算公式：插损L_A(dB)＝10lg(1-|S₁₁|²)-10lg|S₂₁|²，得到集中衰减器对波的透过吸收特性，由此反映出集中衰减器的衰减量大小。

在本发明中，集中衰减器中斜面的朝向位置与矢量网络分析仪的测试信号输出端端口进行连接，集中衰减器没有斜面的位置与矢量网络分析仪的测量信号输入端口进行连接。

在本发明中，微波信号从矢量网络分析仪发射出来，经过第一标准WR6波导和第一波导变换夹具，进入到测试腔体中，测试腔体中放置有集中衰减器，由于集中衰减器匹配的问题导致一部份的微波信号被反射回矢量网络分析仪的测试信号输出端端口，从而形成S₁₁的参数，而另一大部份的微波信号则被集中衰减器吸收后，经过第二波导变换夹具和第二标准WR6波导，进入到矢量网络分析仪，被测量信号输入端端口接收了另一部分，从而形成S₂₁的参数。通过过矢量网络分析仪的测量，屏幕上显示出S₁₁，S₂₁，S₂₂，S₁₂等数据结果，通过S参数的计算公式计算分析得到集中衰减器的特性参数。根据测试得到的集中衰减器的反射特性和衰减吸收特性，可以计算得到集中衰减器的电特性参数，包括介电常数和损耗角正切，进一步指导折叠波导行波管的设计和研制。其中S₁₁的数据反映了衰减器对波的反射特性，通过S参数的计算公式：驻波比VSWR＝(1+|S₁₁|)/(1-|S₁₁|)，得到集中衰减器对波的驻波特性，反映出衰减器的匹配好坏。S₂₁的数据反映了衰减器对波传输通过后的吸收量，通过S参数的计算公式：插损L_A(dB)＝10lg(1-|S₁₁|²)-10lg|S₂₁|²，得到集中衰减器对波的透过吸收特性，由此反映出衰减器的衰减量大小。本发明的测量集中衰减器的方法，可用于测量其他频率条件下的，满足折叠波导行波管设计与研制过程中所需要的各种集中衰减器。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种折叠波导行波管用集中衰减器的测试系统，其特征在于，包括：

矢量网络分析仪；

第一标准WR6波导，其输入端与矢量网络分析仪的测试信号的输出端口连接；

第一波导变换夹具，其输入端与所述第一标准WR6波导的输出端连接，所述第一波导变换夹具为一具有梯形体空腔的结构；

测试腔体，其包括底板和密封压合在底板上的盖板；所述盖板上设置有微波信号的传输槽和容纳待测集中衰减器的方槽；所述底板和盖板密封压合形成微波信号传输通道和容纳待测集中衰减器的腔体；所述微波信号传输通道的输入端与第一波导变换夹具的输出端连接；

第二波导变换夹具，其输入端与测试腔体中微波信号传输通道的输出端连接；所述第二波导变换夹具为一具有空腔的梯形体结构；

第二标准WR6波导，其输入端与第二波导变换夹具的输出端连接，其输出端与矢量网络分析仪的测量信号输入端口连接。

2.如权利要求1所述的折叠波导行波管用集中衰减器的测试系统，其特征在于，所述连接均采用法兰连接。

3.如权利要求1所述的折叠波导行波管用集中衰减器的测试系统，其特征在于，所述待测集中衰减器为具有楔形体结构的衰减器；所述楔形体结构的衰减器的斜面朝向微波信号的输入方向。

4.如权利要求1所述的折叠波导行波管用集中衰减器的测试系统，其特征在于，所述第一波导变换夹具的梯形体空腔的矩形大头孔与第一标准WR6波导的输出端连接，其梯形体空腔的矩形小头孔与测试腔体中微波信号传输通道的输入端连接。

5.如权利要求1所述的折叠波导行波管用集中衰减器的测试系统，其特征在于，所述第二波导变换夹具的梯形体空腔的矩形大头孔与第二标准WR6波导的输入端连接，其梯形体空腔的矩形小头孔与测试腔体中微波信号传输通道的输出端连接。

6.如权利要求1所述的折叠波导行波管用集中衰减器的测试系统，其特征在于，所述第一标准WR6波导和第二标准WR6波导的波导尺寸均为1.651mm×0.826mm，测量频率范围为120GHz～160GHz。

7.一种利用如权利要求1～6任一项所述的折叠波导行波管用集中衰减器的测试系统进行测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将待测集中衰减器，经过清洗、干燥后，放入到测试腔体的底板上，在底板上方压上盖板，盖板的方槽容纳集中衰减器，然后将底板和盖板密封压紧，所述盖板上的传输槽在底板和盖板密封压紧后形成具有输入端和输出端的微波信号传输通道；

步骤二、将测试腔体的输入端与第一波导变换夹具的输出端连接；将测试腔体的输出端与第二波导变换夹具的输入端连接；

步骤三、将第一波导变换夹具的输入端连接至第一标准WR6波导的输出端；将第二波导变换夹具的输出端连接至第二标准WR6波导的输入端；

步骤四、将第一标准WR6波导的输入端连接至矢量网络分析仪的测试信号输出端；将第二标准WR6波导的输出端连接至矢量网络分析仪的测量信号输入端；

步骤五、对矢量网络分析仪进行通电、预热、校准之后，对整个测试系统进行S参数的测量，得到测量结果。

8.如权利要求7所述的折叠波导行波管用集中衰减器的测试系统进行测试的方法，其特征在于，所述S参数包括反射系数、吸收系数，可直接得到吸收频率、吸收量、反射系数的参数；所述S参数的测量结果在矢量网络分析仪显示出S₁₁，S₂₁数据；其中，S₁₁的数据反映了集中衰减器对微波信号的反射特性，通过计算公式：驻波比VSWR＝(1+|S₁₁|)/(1-|S₁₁|)，得到集中衰减器对波的驻波特性，反映出集中衰减器的匹配好坏；其中，S₂₁的数据反映了集中衰减器对微波信号传输通过后的吸收量，通过计算公式：插损L_A(dB)＝10lg(1-|S₁₁|²)-10lg|S₂₁|²，得到集中衰减器对波的透过吸收特性，由此反映出集中衰减器的衰减量大小。

9.如权利要求7所述的折叠波导行波管用集中衰减器的测试系统进行测试的方法，其特征在于，所述连接均采用法兰连接；所述待测集中衰减器为具有楔形体结构的衰减器；所述楔形体结构的衰减器的斜面朝向微波信号的输入方向。

10.如权利要求7所述的折叠波导行波管用集中衰减器的测试系统进行测试的方法，其特征在于，所述第一标准WR6波导和第二标准WR6波导的波导尺寸均为1.651mm×0.826mm，测量频率范围为120GHz～160GHz；所述第一波导变换夹具的梯形体空腔的矩形大头孔与第一标准WR6波导的输出端连接，其梯形体空腔的矩形小头孔与测试腔体中微波信号传输通道的输入端连接；所述第二波导变换夹具的梯形体空腔的矩形大头孔与第二标准WR6波导的输入端连接，其梯形体空腔的矩形小头孔与测试腔体中微波信号传输通道的输出端连接。