CN106680684A - 一种折叠波导行波管高频系统用测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种折叠波导行波管高频系统用测量装置及方法，该方案采用第一夹持夹具、第二夹持夹具、夹持底座和法兰固定件对输能窗和折叠波导慢波结构进行固定，便于输能窗与折叠波导慢波结构的连接与拆卸，在保证测试精度的同时能够便于输能窗与折叠波导慢波结构的拆装，无需采用焊接手段，避免出现因某一部件不合格而导致整套设备报废的情况发生。

Description

一种折叠波导行波管高频系统用测量装置及方法

技术领域

本发明涉及的是电真空太赫兹器件领域以及太赫兹测量领域，尤其是一种折叠波导行波管高频系统用测量装置及方法。

背景技术

行波管作为一种宽频带、大功率、高增益的电真空微波放大器，已被广泛地应用于电子对抗、雷达系统以及卫星通信等领域。折叠波导结构是一种广泛应用于电真空微波器件的慢波结构，其具有功率容量大、色散平坦、耦合阻抗大等优点。进入太赫兹频段之后由于尺寸共度效应，慢波结构的特征尺寸随之减小，对慢波结构的加工普遍遇到了较大的困难，由于折叠波导结构能与MEMS工艺良好兼容，使得折叠波导作为慢波结构应用于太赫兹频段的电真空器件时优势明显，目前普遍认为折叠波导行波管是最具发展潜力的电真空太赫兹源之一，并且已经作为核心关键器件在太赫兹高分辨率雷达、高速数据通信以及云雨探测等领域展现出广泛的应用前景。

进入太赫兹频段之后，加工情况及焊接工艺会严重影响折叠波导行波管的整体性能。对于折叠波导慢波结构来说，由于波导加工表面的粗糙度与太赫兹波在波导金属材料中的趋肤深度基本处于同一量级，所以太赫兹波在波导中的传输损耗已不再可以忽略不计，其会对折叠波导行波管的输出特性产生较大的影响。对于输能窗来说，其反射特性会影响折叠波导行波管的工作稳定性，如果输能窗的反射较大可能会造成自激振荡的发生，使得器件无法正常进行信号的放大。

折叠波导慢波结构与输能窗进行装配后的组件称为高频系统，为了保证所研制折叠波导行波管的整管性能，需要对高频系统进行筛选，择优投入到后续的整管封接工作当中。通常的做法是将折叠波导结构与输能窗进行装配并焊接之后进行冷态性能测试并进行筛选，而如果性能不合格，整个高频系统组件都会报废，造成的损失较大。为了将折叠波导慢波结构与输能窗进行任意配对测试及筛选，当整个高频系统组件的性能都合格之后再进行焊接，提高焊接的良品率。这就需要一种适用于太赫兹折叠波导行波管高频系统的测试方法和与之配套的一套测试装置。

发明内容

本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种折叠波导行波管高频系统用测量装置及方法，该方案能够解决太赫兹折叠波导行波管研制过程中对高频系统冷态性能的准确测量问题，提高焊接的良品率，降低对零部件的浪费，完成对折叠波导慢波结构以及输能窗的性能筛选。

本方案是通过如下技术措施来实现的：

一种折叠波导行波管高频系统用测量装置，包括有第一夹持夹具、第二夹持夹具、夹持底座和法兰固定件；第一夹持夹具的夹持面上设置有慢波结构定位槽；第二夹持夹具的夹持面上设置有慢波结构定位槽；慢波结构定位槽内设置有折叠波导慢波结构；第一夹持夹具的一端位于夹持面的右侧面的上设置有方形配合槽；第一夹持夹具的另一端位于夹持面的左侧面的上设置有方形配合槽；第二夹持夹具上与第一夹持夹具对应设置位置上设置有方形配合槽；第一夹持夹具与第二夹持夹具的夹持面相对贴合固定；夹持底座卡扣在方形配合槽中；法兰固定件固定在夹持底座上。

作为本方案的优选：第一夹持夹具的两端位于夹持面上设置有夹具定位锥；第二夹持夹具上设置有夹具定位孔；夹具定位孔与夹具定位锥的位置对应。

作为本方案的优选：夹持底座为U型方框体；夹持底座的两个端面上设置有法兰定位孔；法兰固定件上设置有与法兰定位孔匹配的法兰定位块；法兰定位块上设置有螺钉孔；法兰定位孔中设置有与螺钉孔匹配的螺纹孔。

作为本方案的优选：第一夹持夹具的夹持面上设置有贯穿夹具体的螺纹孔；第二夹持夹具上设置有贯穿夹具体的螺钉孔；螺钉孔与螺纹孔的位置匹配。

作为本方案的优选：第一夹持夹具上设置有与慢波结构定位槽连通的输能窗定位孔；输能窗定位孔的位置与折叠波导慢波结构的连接段匹配；输能窗定位孔开口方向朝向法兰固定件。

一种折叠波导行波管高频系统用测量方法，包括有以下步骤：

a、将折叠波导慢波结构放入第一夹持夹具的慢波夹持槽内，然后将第二夹持夹具与第一夹持夹具的夹持面相对贴合，使定位锥穿过定位孔，然后使用螺钉插入第二夹持夹具的螺钉孔中，旋紧螺钉，将第一夹持夹具和第二夹持夹具锁死，组成慢波夹持夹具体；

b、将输能窗的连接端穿过慢波夹持夹具体的输能窗定位孔与折叠波导慢波结构连接；

c、将夹持底座插入慢波夹持夹具的方形配合槽中紧密贴合,然后将输能窗套入法兰固定件中，再将法兰固定件的法兰定位块插入夹持底座的法兰定位孔，并使用螺钉锁死法兰固定件、输能窗和夹持底座；

d、安装完成两组输能窗后，将两组输能窗的法兰端分别与矢量网络分析仪的第一测试端口和第二测试端口进行连接，使用矢量网络分析仪对S₁₁、S₂₂以及S₂₁参数进行测试，得到S₁₁、S₂₂以及S₂₁参数的测试结果；其中，S₁₁为第二测试端口接匹配负载时，第一测试端口的电压反射系数；S₂₂为第一测试端口接匹配负载时，第二测试端口的电压反射系数；S₂₁为第二测试端口接匹配负载时，第一测试端口至第二测试端口的电压传输系数；

e、对S₁₁、S₂₂以及S₂₁参数的测试结果进行数据处理，得到VSWR-1、VSWR-2以及Loss三组数据结果，其中：

式中，VSWR-1为与第一测试端口相连接的输能窗的反射特性，VSWR-2为与第二测试端口相连接的输能窗的反射特性，Loss为折叠波导慢波结构的传输损耗特性；

f、依据VSWR-1、VSWR-1以及Loss三组数据结果对2个输能窗以及折叠波导慢波结构的性能进行判断：当数据VSWR-1满足参数要求时，认为与第一测试端口相连接的输能窗为合格品；当数据VSWR-2满足参数要求时，认为与第二测试端口相连接的输能窗为合格品；当数据Loss满足参数要求时，认为折叠波导慢波结构为合格品；

g、当判断两个输能窗以及折叠波导慢波结构都为合格品时，将所有螺钉旋出，拆解测试夹具，分别取出两个输能窗以及折叠波导慢波结构。

作为本方案的优选：如果数据Loss不满足参数要求，则认为折叠波导慢波结构为不合格品，进行报废处理；如果数据VSWR-1不满足参数要求，则取出与第一测试端口相连接的输能窗通过重复步骤b、c、d、e、f对数据进行再次判断；如果数据VSWR-2不满足参数要求，则取出与第二测试端口相连接的输能窗通过重复步骤b、c、d、e、f，对数据进行再次判断。

作为本方案的优选：如果进行多次测试后，数据VSWR-1仍不满足参数要求，则认为与第一测试端口相连接的输能窗为不合格品，进行报废处理。

作为本方案的优选：如果进行多次测试后，数据VSWR-2仍不满足参数要求，则认为与第二测试端口相连接的输能窗为不合格品，进行报废处理。

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中采用第一夹持夹具、第二夹持夹具、夹持底座和法兰固定件对输能窗和折叠波导慢波结构进行锁紧固定，便于进行测试工作；同时，也便于将输能窗和折叠波导慢波结构进行拆装，避免出现由于某一部件不合格导致整个高频系统组件报废的情况发生。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1为本发明的装配结构示意图。

图2为第一夹持夹具和第二夹持夹具的结构示意图。

图3为第一夹持夹具和第二夹持夹具的装配结构示意图。

图4为折叠波导慢波结构的零件示意图。

图5为输能窗的零件示意图。

图6为夹持底座的结构示意图。

图7为法兰固定件的结构示意图。

图中，1为第一夹持夹具，2为第二夹持夹具，3为输能窗，4为法兰固定件，5为夹持底座，6为螺钉，7为折叠波导结构，8为慢波结构定位槽，9为定位锥，10为定位孔，11为螺纹孔，12为螺钉孔，13为螺钉，14为输能窗定位孔，15为方形配合槽，17为折叠波导结构接口，18为输能窗法兰端，19为输能窗连接端，20为定位插口，21为法兰定位孔，23为法兰定位块，24为螺钉孔。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图所示，本方案为：

一种折叠波导行波管高频系统用测量装置，包括有第一夹持夹具、第二夹持夹具、夹持底座和法兰固定件；第一夹持夹具的夹持面上设置有慢波结构定位槽；第二夹持夹具的夹持面上设置有慢波结构定位槽；慢波结构定位槽内设置有折叠波导慢波结构；第一夹持夹具的一端位于夹持面的右侧面的上设置有方形配合槽；第一夹持夹具的另一端位于夹持面的左侧面的上设置有方形配合槽；第二夹持夹具上与第一夹持夹具对应设置位置上设置有方形配合槽；第一夹持夹具与第二夹持夹具的夹持面相对贴合固定；夹持底座卡扣在方形配合槽中；法兰固定件固定在夹持底座上。

第一夹持夹具的两端位于夹持面上设置有夹具定位锥；第二夹持夹具上设置有夹具定位孔；夹具定位孔与夹具定位锥的位置对应。

夹持底座为U型方框体；夹持底座的两个端面上设置有法兰定位孔；法兰固定件上设置有与法兰定位孔匹配的法兰定位块；法兰定位块上设置有螺钉孔；法兰定位孔中设置有与螺钉孔匹配的螺纹孔。

第一夹持夹具的夹持面上设置有贯穿夹具体的螺纹孔；第二夹持夹具上设置有贯穿夹具体的螺钉孔；螺钉孔与螺纹孔的位置匹配。

第一夹持夹具上设置有与慢波结构定位槽连通的输能窗定位孔；输能窗定位孔的位置与折叠波导慢波结构的连接段匹配；输能窗定位孔开口方向朝向法兰固定件。

一种折叠波导行波管高频系统用测量方法，包括有以下步骤：

a、将折叠波导慢波结构放入第一夹持夹具的慢波夹持槽内，然后将第二夹持夹具与第一夹持夹具的夹持面相对贴合，使定位锥穿过定位孔，然后使用螺钉插入第二夹持夹具的螺钉孔中，旋紧螺钉，将第一夹持夹具和第二夹持夹具锁死，组成慢波夹持夹具体；

b、将输能窗的连接端穿过慢波夹持夹具体的输能窗定位孔与折叠波导慢波结构连接；

c、将夹持底座插入慢波夹持夹具的方形配合槽中紧密贴合,然后将输能窗套入法兰固定件中，再将法兰固定件的法兰定位块插入夹持底座的法兰定位孔，并使用螺钉锁死法兰固定件、输能窗和夹持底座；

d、安装完成两组输能窗后，将两组输能窗的法兰端分别与矢量网络分析仪的第一测试端口和第二测试端口进行连接，使用矢量网络分析仪对S₁₁、S₂₂以及S₂₁参数进行测试，得到S₁₁、S₂₂以及S₂₁参数的测试结果；其中，S₁₁为第二测试端口接匹配负载时，第一测试端口的电压反射系数；S₂₂为第一测试端口接匹配负载时，第二测试端口的电压反射系数；S₂₁为第二测试端口接匹配负载时，第一测试端口至第二测试端口的电压传输系数；

e、对S₁₁、S₂₂以及S₂₁参数的测试结果进行数据处理，得到VSWR-1、VSWR-2以及Loss三组数据结果，其中：

式中，VSWR-1为与第一测试端口相连接的输能窗的反射特性，VSWR-2为与第二测试端口相连接的输能窗的反射特性，Loss为折叠波导慢波结构的传输损耗特性；

f、依据VSWR-1、VSWR-1以及Loss三组数据结果对2个输能窗以及折叠波导慢波结构的性能进行判断：当数据VSWR-1满足参数要求时，认为与第一测试端口相连接的输能窗为合格品；当数据VSWR-2满足参数要求时，认为与第二测试端口相连接的输能窗为合格品；当数据Loss满足参数要求时，认为折叠波导慢波结构为合格品；

g、当判断两个输能窗以及折叠波导慢波结构都为合格品时，将所有螺钉旋出，拆解测试夹具，分别取出两个输能窗以及折叠波导慢波结构。

如果数据Loss不满足参数要求，则认为折叠波导慢波结构为不合格品，进行报废处理；如果数据VSWR-1不满足参数要求，则取出与第一测试端口相连接的输能窗通过重复步骤b、c、d、e、f对数据进行再次判断；如果数据VSWR-2不满足参数要求，则取出与第二测试端口相连接的输能窗通过重复步骤b、c、d、e、f，对数据进行再次判断。

如果进行多次测试后，数据VSWR-1仍不满足参数要求，则认为与第一测试端口相连接的输能窗为不合格品，进行报废处理。

如果进行多次测试后，数据VSWR-2仍不满足参数要求，则认为与第二测试端口相连接的输能窗为不合格品，进行报废处理。

本方案中，采用第一夹持夹具和第二夹持夹具对折叠波导慢波结构进行固定，在装配及测试过程中能够对折叠波导慢波结构的位置及角度定位，保证了定位的精度。通过使用定位锥和定位孔的配合方式以及采用螺钉将第一夹持夹具和第二夹持夹具锁死的结构，能够保证二者牢固配合组成慢波夹持夹具，也保证了装配精度。在慢波夹持夹具上设置的输能窗定位孔能够对输能窗起到支撑作用，同时也能够对输能窗定位，使输能窗与折叠波导慢波结构准确连接。采用夹持底座和法兰固定件对输能窗进行固定，能够保证输能窗在测试安装时不倒伏，防止在测试过程中出现输能窗与折叠波导慢波结构分离的情况发生。

整套设备能够保证输能窗与折叠波导慢波结构的连接精度，在保证测试精度的同时，能够便于输能窗与折叠波导慢波结构的拆装，无需采用焊接手段，避免出现因某一部件不合格而导致整套设备报废的情况发生。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种折叠波导行波管高频系统用测量装置，其特征是：包括有第一夹持夹具、第二夹持夹具、夹持底座和法兰固定件；所述第一夹持夹具的夹持面上设置有慢波结构定位槽；所述第二夹持夹具的夹持面上设置有慢波结构定位槽；所述慢波结构定位槽内设置有折叠波导慢波结构；所述第一夹持夹具的一端位于夹持面的右侧面上设置有方形配合槽；所述第一夹持夹具的另一端位于夹持面的左侧面上设置有方形配合槽；所述第二夹持夹具上与第一夹持夹具对应设置位置上设置有方形配合槽；所述第一夹持夹具与第二夹持夹具的夹持面相对贴合固定；所述夹持底座卡扣在方形配合槽中；所述法兰固定件固定在夹持底座上。

2.根据权利要求1所述的一种折叠波导行波管高频系统用测量装置，其特征是：所述第一夹持夹具的两端位于夹持面上设置有夹具定位锥；所述第二夹持夹具上设置有夹具定位孔；所述夹具定位孔与夹具定位锥的位置对应。

3.根据权利要求1所述的一种折叠波导行波管高频系统用测量装置，其特征是：所述夹持底座为U型方框体；所述夹持底座的两个端面上设置有法兰定位孔；所述法兰固定件上设置有与法兰定位孔匹配的法兰定位块；所述法兰定位块上设置有螺钉孔；所述法兰定位孔中设置有与螺钉孔匹配的螺纹孔。

4.根据权利要求1所述的一种折叠波导行波管高频系统用测量装置，其特征是：所述第一夹持夹具的夹持面上设置有贯穿夹具体的螺纹孔；所述第二夹持夹具上设置有贯穿夹具体的螺钉孔；所述螺钉孔与螺纹孔的位置匹配。

5.根据权利要求1所述的一种折叠波导行波管高频系统用测量装置，其特征是：所述第一夹持夹具上设置有与慢波结构定位槽连通的输能窗定位孔；所述输能窗定位孔的位置与折叠波导慢波结构的连接段匹配；所述输能窗定位孔开口方向朝向法兰固定件。

6.一种折叠波导行波管高频系统用测量方法，其特征是：包括有以下步骤：

a、将折叠波导慢波结构放入第一夹持夹具的慢波夹持槽内，然后将第二夹持夹具与第一夹持夹具的夹持面相对贴合，使定位锥穿过定位孔，然后使用螺钉插入第二夹持夹具的螺钉孔中，旋紧螺钉，将第一夹持夹具和第二夹持夹具锁死，组成慢波夹持夹具体；

b、将输能窗的连接端穿过慢波夹持夹具体的输能窗定位孔与折叠波导慢波结构连接；

c、将夹持底座插入慢波夹持夹具的方形配合槽中紧密贴合,然后将输能窗套入法兰固定件中，再将法兰固定件的法兰定位块插入夹持底座的法兰定位孔，并使用螺钉锁死法兰固定件、输能窗和夹持底座；

d、安装完成两组输能窗后，将两组输能窗的法兰端分别与矢量网络分析仪的第一测试端口和第二测试端口进行连接，使用矢量网络分析仪对S₁₁、S₂₂以及S₂₁参数进行测试，得到S₁₁、S₂₂以及S₂₁参数的测试结果；其中，S₁₁为第二测试端口接匹配负载时，第一测试端口的电压反射系数；S₂₂为第一测试端口接匹配负载时，第二测试端口的电压反射系数；S₂₁为第一测试端口至第二测试端口的电压传输系数；

e、对S₁₁、S₂₂以及S₂₁参数的测试结果进行数据处理，得到VSWR-1、VSWR-2以及Loss三组数据结果，其中：

$VSWR-1=\frac{1+\left|S_{11}\right|}{1-\left|S_{11}\right|}---\left(1\right)$

$VSWR-2=\frac{1+\left|S_{22}\right|}{1-\left|S_{22}\right|}---\left(2\right)$

$Loss=10*{\log }_{10}\left(\frac{|S_{21}{|}^2}{1-|S_{11}{|}^2}\right)---\left(3\right)$

式中，VSWR-1为与第一测试端口相连接的输能窗的反射特性，VSWR-2为与第二测试端口相连接的输能窗的反射特性，Loss为折叠波导慢波结构的传输损耗特性；

f、依据VSWR-1、VSWR-1以及Loss三组数据结果对2个输能窗以及折叠波导慢波结构的性能进行判断：当数据VSWR-1满足参数要求时，认为与第一测试端口相连接的输能窗为合格品；当数据VSWR-2满足参数要求时，认为与第二测试端口相连接的输能窗为合格品；当数据Loss满足参数要求时，认为折叠波导慢波结构为合格品；

g、当判断两个输能窗以及折叠波导慢波结构都为合格品时，将所有螺钉旋出，拆解测试夹具，分别取出两个输能窗以及折叠波导慢波结构。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征是：如果数据Loss不满足参数要求，则认为折叠波导慢波结构为不合格品，进行报废处理；如果数据VSWR-1不满足参数要求，则取出与第一测试端口相连接的输能窗通过重复步骤b、c、d、e、f对数据进行再次判断；如果数据VSWR-2不满足参数要求，则取出与第二测试端口相连接的输能窗通过重复步骤b、c、d、e、f，对数据进行再次判断。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征是：如果进行多次测试后，数据VSWR-1仍不满足参数要求，则认为与第一测试端口相连接的输能窗为不合格品，进行报废处理。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征是：如果进行多次测试后，数据VSWR-2仍不满足参数要求，则认为与第二测试端口相连接的输能窗为不合格品，进行报废处理。