CN107942276A - 一种用于校准矢量网络分析仪的波导校准件及方法 - Google Patents

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方春艳
赵应应
张新丽
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Abstract

本发明公开一种用于校准矢量网络分析仪的波导校准件及方法，第一同轴波导转换器和第二同轴波导转换器分别与矢量网络分析仪的同轴端口连接；第一同轴波导转换器和第二同轴波导转换器相同；当对矢量网络分析仪进行Reflect校准时，第一同轴波导转换器和第二同轴波导转换器上均安装一个短路块；当对矢量网络分析仪进行Thru校准时，第一同轴波导转换器和第二同轴波导转换器连接；当对矢量网络分析仪进行Thru校准时，第一同轴波导转换器和第二同轴波导转换器之间通过1/4波长波导块连接。通过本发明能够对矢量网络分析仪进行校准，校准后的矢量网络分析仪能够对标准或非标准的波导进行测量，能够降低购买和定制波导校准件的成本。

Description

一种用于校准矢量网络分析仪的波导校准件及方法
技术领域
本发明涉及矢量网络分析仪校准技术领域，具体涉及一种用于校准矢量网络分析仪的波导校准件及方法。
背景技术
随着弹载、机载和星载等整机系统要求衰减越来越小，功率越来越大的趋势下，特别是在超过一定的频率后，射频同轴元器件无法满足要求时，波导作为大功率微波传输器件的优势愈发的明显，且越来越多的得到用户的青睐。在通过矢量网络分析仪对波导和同轴连接器测试前，需要先对矢量网络分析仪进行校准，目前对矢量网络分析仪进行校准时，同轴连接器通过购买一套校准件可以覆盖整个频段使用，但是波导不可以，它有截止频率，且波导口根据用户的需求具有各种各样的形式，每种波导的工作频率只有某一波段，这样就造成为测试某一种波导产品需要根据该波导口尺寸购买与其适配的校准件；有时个别种类的波导要根据用户要求专门定制的非标准波导口产品，而非标准波导口产品根本买不到波导校准件，如图3所示的双脊波导口，如果进行定制，那么一套校准件的价格非常的昂贵，如果每种波导出口都配备一个校准件，这样无形中增加很多的成本。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于校准矢量网络分析仪的波导校准件及方法，通过本发明能够对矢量网络分析仪进行校准，校准后的矢量网络分析仪能够对标准或非标准的波导进行测量，能够降低购买和定制波导校准件的成本。
本发明所采用的技术方案如下：
一种用于校准矢量网络分析仪的波导校准件，包括第一同轴波导转换器、第二同轴波导转换器、短路块和1/4波长波导块，第一同轴波导转换器和第二同轴波导转换器分别与矢量网络分析仪的同轴端口连接；第一同轴波导转换器和第二同轴波导转换器相同；
当对矢量网络分析仪进行Reflect校准时，第一同轴波导转换器和第二同轴波导转换器上均安装一个短路块；
当对矢量网络分析仪进行Thru校准时，第一同轴波导转换器和第二同轴波导转换器连接；
当对矢量网络分析仪进行Lines校准时，第一同轴波导转换器和第二同轴波导转换器之间通过1/4波长波导块连接。
第一同轴波导转换器的接口和第二同轴波导转换器的接口与被测波导产品波导的波导口尺寸，波导外形的长度和宽度均相同。
短路块为平面金属块，短路块的长度和宽度分别与被测波导产品波导的长度和宽度相同。
短路块3的表面粗糙度Ra≤0.4，平面度≤0.01mm。
1/4波长波导块外形的长度和宽度分别与被测波导产品波导的长度和宽度相同，1/4波长波导块上开设有与被测波导产品波导口相同的内孔，1/4波长波导块上的内孔在1/4波长波导块上的位置与被测波导产品波导的波导口在波导上的位置相同；1/4波长波导块的厚度为波导波长的1/4倍。
当波导的波导口为矩形波导口时，1/4波长波导块的厚度
其中：λg为波导波长；
λ为自由空间波长；
a为矩形波导口宽边尺寸。
1/4波长波导块表面粗糙Ra≤0.4，平面度≤0.01mm。
一种校准矢量网络分析仪的方法，包括如下步骤：
步骤1，在第一同轴波导转换器和第二同轴波导转换器上均安装一个短路板，对矢量网络分析仪进行Reflect校准；
步骤2，待步骤1校准完成后，从第一同轴波导转换器和第二同轴波导转换器上拆除短路板，再将第一同轴波导转换器和第二同轴波导转换器连接，对矢量网络分析仪进行Thru校准；
步骤3，待步骤2校准完成后，将第一同轴波导转换器和第二同轴波导转换器拆开，再将第一同轴波导转换器和第二同轴波导转换器分别与1/4波长波导块的两个端面连接，对矢量网络分析仪进行Thru校准；
对矢量网络分析仪的校准完成。
本发明具有如下有益效果：
本发明的用于校准矢量网络分析仪的波导校准件通过将两个结构相同的第一同轴波导转换器和第二同轴波导转换器分别与矢量网络分析仪的同轴端口连接，再设置短路块和1/4波长波导块，在对被测波导产品波通过矢量网络分析仪测量前，先进行校准，在校准时，当对矢量网络分析仪进行Reflect校准时，第一同轴波导转换器和第二同轴波导转换器上均安装一个短路块；当对矢量网络分析仪进行Thru校准时，第一同轴波导转换器和第二同轴波导转换器连接；当对矢量网络分析仪进行Lines校准时，第一同轴波导转换器和第二同轴波导转换器之间通过1/4波长波导块连接，通过上述校准过程以及本发明波导校准件的结构可知，本发明的结构简单，在对标准或非标准的波导进行测量时，只需要制作一个对应的1/4波长波导块即可，校准时步骤清晰，操作简便，能够降低购买和定制波导校准件的成本。
附图说明
图1为矢量网络分析仪的同轴端口与同轴波导转换器连接后的示意图；
图2为本发明适用的波导(波导口为矩形)的示意图；
图3为本发明适用的波导(波导口为双脊波导口)的示意图；
图4为本发明1/4波长波导块(内孔为矩形)的主视图；
图5为本发明1/4波长波导块(内孔为矩形)的侧视图；
图6为本发明短路块的主视图；
图7为本发明短路块的侧视图；
图8为通过本发明矩形波导校准件对矢量网络分析仪进行Reflect校准时的连接示意图；
图9为通过本发明矩形波导校准件对矢量网络分析仪进行Thru校准时的连接示意图；
图10为通过本发明矩形波导校准件对矢量网络分析仪进行Lines校准时的连接示意图；
图11为通过本发明矩形波导校准件对矢量网络分析仪校准后，矢量网络分析仪对被测波导电缆组件进行测量时的连接示意图。
图中，1-第一同轴波导转换器，2-第二同轴波导转换器，3-短路块，4-1/4波长波导块，4-1内孔，5-被测波导电缆组件，6-矢量网络分析仪，7-波导，7-1-矩形波导口，7-2-双脊波导口，8-螺钉孔。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明作进一步的说明。
如图1、图5～图7所示，本发明的用于校准矢量网络分析仪的波导校准件，包括第一同轴波导转换器1、第二同轴波导转换器2、短路块3和1/4波长波导块4，第一同轴波导转换器1和第二同轴波导转换器2分别与矢量网络分析仪6的同轴端口连接；第一同轴波导转换器1和第二同轴波导转换器2相同，第一同轴波导转换器1的接口和第二同轴波导转换器2的接口与被测波导产品波导的波导口尺寸，波导外形的长度和宽度均相同；
如图8所示，当对矢量网络分析仪6进行Reflect校准时，第一同轴波导转换器1和第二同轴波导转换器2上均安装一个短路块3；
如图9所示，当对矢量网络分析仪6进行Thru校准时，第一同轴波导转换器1和第二同轴波导转换器2连接；
如图10所示，当对矢量网络分析仪6进行Lines校准时，第一同轴波导转换器1和第二同轴波导转换器2之间通过1/4波长波导块4连接。
如图6和图7所示，本发明的短路块3为平面金属块，短路块3的长度和宽度分别与被测波导产品波导的长度和宽度相同；短路块3的表面粗糙度Ra≤0.4，平面度≤0.01mm。
如图4和图5所示，本发明的1/4波长波导块4外形的长度和宽度分别与被测波导产品波导的长度和宽度相同，1/4波长波导块4上开设有与被测波导产品波导口相同的内孔，1/4波长波导块4上的内孔在1/4波长波导块4上的位置与被测波导产品波导的波导口在波导上的位置相同；1/4波长波导块4的厚度为波导波长的1/4倍；1/4波长波导块4表面粗糙Ra≤0.4，平面度≤0.01mm。
如图4所示，结合图2和图3，当波导的波导口为矩形波导口或者双脊波导口时(即波导口的外形整体处于一个矩形框内时)，1/4波长波导块4的厚度公差±0.02mm，其中：λg为波导波长；λ为自由空间波长；a为矩形波导口宽边尺寸。
矢量网络分析仪都是同轴出口，第一同轴波导转换器1和第二同轴波导转换器2目的是将同轴端口转换成波导端口。
短路块3的厚度L1无具体要求，但强度需保证在使用过程中不变形，短路块3要求上下两平面的平面度要非常好，平面度如果不好，短路块3与波导对接时就有缝隙，会有泄露，因此要求平面度≤0.01mm。1/4波长波导块4无需购买，可自己加工，1/4波长波导块4要求上下两平面的平面度非常好，平面度如果不好，1/4波长波导块4与波导对接时就有缝隙，会有泄露，故要求平面度≤0.01mm；
通过本发明的波导校准件对矢量网络分析仪进行校准的过程如下：
步骤1，在第一同轴波导转换器1和第二同轴波导转换器2上均安装一个短路板3，对矢量网络分析仪6进行Reflect校准；
步骤2，待步骤1校准完成后，从第一同轴波导转换器1和第二同轴波导转换器2上拆除短路板3，再将第一同轴波导转换器1和第二同轴波导转换器2连接，对矢量网络分析仪6进行Thru校准；
步骤3，待步骤2校准完成后，将第一同轴波导转换器1和第二同轴波导转换器2拆开，再将第一同轴波导转换器1和第二同轴波导转换器2分别与1/4波长波导块4的两个端面连接，对矢量网络分析仪6进行Lines校准；
对矢量网络分析仪6的校准完成。
当对矢量网络分析仪6校准完成后，就能对被测波导产品进行测量，如图11所示，被测波导产品为被测波导电缆组件5，被测波导电缆组件5只是其中一种，只要是跟轴波导转换器适配的波导产品都可以测试，例如：波导负载，波导同轴转换器，波导转换器，波导电缆组件等。
实施例
本实施例中，波导校准件主要包括三部分：
制作波导校准需要的器件：一般情况下，矢量网络分析仪标配的校准件包含：Offset Load、Fixed Load、Sliding Load、Short、Offset Short和Thru、1/4Line。本实施例中，本发明的用于校准矢量网络分析仪的波导校准件校准时不需要这么多，只需要以下三个：Short、Thru、1/4Line：
1)Short对应的是Reflect，也就是直接在波导口接短路块3短路(如图8所示)。
2)Thru就是将两端的波导直接接在一起校准(如图6所示)。
3)1/4Line对应的是Lines，也就是两端波导中间加一个1/4波长的波导块4校准(如图7所示)。
设置矢量网络分析仪：矢网需要设置的参数有：频率范围、特性阻抗、delay和截止频率。
频率范围：min＝187.5/a(GHz)，max＝285.7/a(GHz)；
截止频率＝150/a(GHz)；
其中：c为光速；λ为自由空间波长；a为矩形波导口宽边尺寸(如图2和图3所示)；b为矩形波导口窄边尺寸(如图2和图3所示)；
校准及测试：
首先，将第一同轴波导转换器1和第二同轴波导转换器2分别矢量网络分析仪的两端；
再对矢量网络分析仪6进行Reflect校准：校准时，分别给第一同轴波导转换器1和第二同轴波导转换器2安装短路块3(见图8)；
再对矢量网络分析仪6进行Thru校准：校准时，将第一同轴波导转换器1和第二同轴波导转换器2直接接上(见图9)；
再对矢量网络分析仪6进行Lines校准：校准时，在第一同轴波导转换器1和第二同轴波导转换器2中间连接1/4波长波导块4(见图10)；
当矢量网络分析仪6进行完Lines校准后，矢量网络分析仪6的校准完成。
校准完的矢量网络分析仪6对被测波导电缆组件5进行测试，将被测波导电缆组件5两端的波导分别与第一同轴波导转换器1和第二同轴波导转换器2，即可开始测量。
通过本发明校准后的矢量网络分析仪测试波导的结果表明，经长期验证与用标准的校准件测试结果无差异，该方法操作简单，费用低，数据准确可信。有效的解决了波导校准件成本高的问题。

Claims (8)

1.一种用于校准矢量网络分析仪的波导校准件，其特征在于，包括第一同轴波导转换器(1)、第二同轴波导转换器(2)、短路块(3)和1/4波长波导块(4)，第一同轴波导转换器(1)和第二同轴波导转换器(2)分别与矢量网络分析仪(6)的同轴端口连接；第一同轴波导转换器(1)和第二同轴波导转换器(2)相同；
当对矢量网络分析仪(6)进行Reflect校准时，第一同轴波导转换器(1)和第二同轴波导转换器(2)上均安装一个短路块(3)；
当对矢量网络分析仪(6)进行Thru校准时，第一同轴波导转换器(1)和第二同轴波导转换器(2)连接；
当对矢量网络分析仪(6)进行Lines校准时，第一同轴波导转换器(1)和第二同轴波导转换器(2)之间通过1/4波长波导块(4)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于校准矢量网络分析仪的波导校准件，其特征在于，第一同轴波导转换器(1)的接口和第二同轴波导转换器(2)的接口与被测波导产品波导的波导口尺寸，波导外形的长度和宽度均相同。
3.根据权利要求1所述的一种用于校准矢量网络分析仪的波导校准件，其特征在于，短路块(3)为平面金属块，短路块(3)的长度和宽度分别与被测波导产品波导的长度和宽度相同。
4.根据权利要求3所述的一种用于校准矢量网络分析仪的矩形波导校准件，其特征在于，短路块(3)的表面粗糙度Ra≤0.4，平面度≤0.01mm。
5.根据权利要求1所述的一种用于校准矢量网络分析仪的波导校准件，其特征在于，1/4波长波导块(4)外形的长度和宽度分别与被测波导产品波导的长度和宽度相同，1/4波长波导块(4)上开设有与被测波导产品波导口相同的内孔，1/4波长波导块(4)上的内孔在1/4波长波导块(4)上的位置与被测波导产品波导的波导口在波导上的位置相同；1/4波长波导块(4)的厚度为波导波长的1/4倍。
6.根据权利要求5所述的一种用于校准矢量网络分析仪的波导校准件，其特征在于，当波导的波导口为矩形波导口时，1/4波长波导块(4)的厚度其中：λg为波导波长；λ为自由空间波长；a为矩形波导口宽边尺寸。
7.根据权利要求5所述的一种用于校准矢量网络分析仪的波导校准件，其特征在于，1/4波长波导块(4)表面粗糙Ra≤0.4，平面度≤0.01mm。
8.一种校准矢量网络分析仪的方法，其特征在于，通过权利要求1-7任意一项所述的用于校准矢量网络分析仪的波导校准件进行校准，包括如下步骤：
步骤1，在第一同轴波导转换器(1)和第二同轴波导转换器(2)上均安装一个短路板(3)，对矢量网络分析仪(6)进行Reflect校准；
步骤2，待步骤1校准完成后，从第一同轴波导转换器(1)和第二同轴波导转换器(2)上拆除短路板(3)，再将第一同轴波导转换器(1)和第二同轴波导转换器(2)连接，对矢量网络分析仪(6)进行Thru校准；
步骤3，待步骤2校准完成后，将第一同轴波导转换器(1)和第二同轴波导转换器(2)拆开，再将第一同轴波导转换器(1)和第二同轴波导转换器(2)分别与1/4波长波导块(4)的两个端面连接，对矢量网络分析仪(6)进行Lines校准；
对矢量网络分析仪(6)的校准完成。
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