CN108199790B - 一种金属网无源互调性能的波导测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种金属网无源互调(PIM)性能波导测试系统及方法，该测试系统包括发射模块、接收模块及三端口模块。发射模块产生两路相应频率和功率的射频信号，并将其合路得到发射信号输出至三端口模块；三端口模块用于将接收到的发射信号转换为波导信号，之后进行正交极化处理，将其发射到被测金属网试样件；接收被测金属网试样件产生的无源互调波导信号，并经过正交极化处理之后，转换为接收信号输出至接收模块；接收模块，对接收信号进行滤波，得到无源互调波导信号对应的射频信号，将其发送至负载，测试无源互调波导信号对应的射频信号功率，完成金属网无源互调性能测试。该测试系统集成度高、性能稳定、系统搭建效率高。

Description

一种金属网无源互调性能的波导测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及一种金属网无源互调波导测试系统及测试方法，属于天线技术领域。

背景技术

本发明来源于大型可展开天线低PIM金属反射网的研究。我国空间有效载荷对10米以上的大口径天线的应用日益广泛，通信卫星、遥感卫星等都提出了相应的需求。该类天线由于受到到火箭整流罩容积的限制一般采用的是发射时收拢，入轨后展开的形式。为了减少重量并方便收拢及展开，其反射面一般使用金属反射网，由于不少大口径天线都要求具有收发共用的能力，这就要求所使用的金属网具有较好的无源互调性能。尽管认为无源部件是线性的，但研究和实验表明无源部件也具有微弱的非线性。金属网无源互调性能是金属丝选型和金属网编织技术固化的必然要求。

金属网的PIM性能测试传统主要是空间辐射法和波导法，空间辐射法通过天线向空间发射微波照射金属网激励出无源互调信号并接收，该法需要很大的金属网试片(约十个工作波长长度)，由于空间应用低互调金属网通常采用稀有金属制成，该方法对于多种金属网试件进行互调性能测试鉴定成本高、周期长。波导法在封闭的金属腔体内微波照射金属网激励出无源互调信号并接收，该法需要较小的金属网试片(约一个工作波长长度)，但传统的波导法反射大，测试精度差、稳定度低。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种金属网无源互调波导测试系统及测试方法，采用该系统进行金属网PIM性能测试，金属网测试样件更换方便，测试速度快，成本低，且测试稳定度高。

本发明的技术解决方案是：一种金属网无源互调性能的波导测试系统，该系统包括发射模块、接收模块和三端口模块，其中：

发射模块，根据被测金属网所处环境中存在的射频信号及其功率和预设的被测无源互调波导的阶数，产生两路相应频率和功率的射频信号，并将其合路得到发射信号输出至三端口模块；

三端口模块，用于将接收到的发射信号转换为波导信号，之后进行正交极化处理，将其发射到被测金属网试样件；接收被测金属网试样件产生的无源互调波导信号，并经过正交极化处理之后，转换为接收信号输出至接收模块；

接收模块，根据被测金属网所处环境中存在的射频信号及其功率和预设的被测无源互调波导的阶数，计算得到无源互调波导信号对应的射频信号频率，对接收信号进行滤波，得到无源互调波导信号对应的射频信号，将其发送至负载，测试无源互调波导信号对应的射频信号功率，完成金属网无源互调性能测试。

所述三端口模块包括输入波导-同轴转换器、正交模耦合器、输出波导-同轴转换器，其中：

输入波导-同轴转换器，将外部输入的射频信号转换为线极化波导信号；

波导式正交模耦合器，将从波导-同轴转换器进入的线极化波导信号，转换成左旋圆极化信号，并传输到测试端口；接收从测试端口进入的右旋圆极化信号，转换成线极化波导信号，并传输到输出波导-同轴转换器；

输出波导-同轴转换器，将线极化波导信号转换为射频信号。

所述波导式正交模耦合器极化隔离度大于35dB。

所述发射模块包括第一微波信号源、第一连续波放大器、第一定向耦合器、第二微波信号源、第二连续波放大器、第二定向耦合器、射频合路器、滤波器、第一双工器，其中：

第一微波信号源用于产生频率为f₁的第一射频信号，第一射频信号经第二连续放大器放大之后，由第一定向耦合器定向发送至射频耦合器；

第二微波信号源用于产生频率为f₂的第二射频信号，第二射频信号经第二连续放大器放大之后，由第二定向耦合器定向发送至射频耦合器；

耦合之后的射频信号，在滤波器中滤波之后，经过第一双工器输出。

所述发射模块还包括第一功率计和第二功率计，分别用于测量第一耦合器和第二耦合器的输出信号功率。

所述发射模块还包括第一接收滤波器、第一低噪放大器和第一频谱分析仪，第一双工器输出的信号经第一接收滤波器滤波，再经第一低噪放大器放大之后输出至第一频谱分析仪，采用第一频谱分析仪测试发射模块内部产生的无源互调功率。

所述接收模块包括第二双工器、负载、第二接收滤波器、第二低噪放大器和第二频谱仪；其中，第二双工器将接收到的信号发送至负载和第二接收滤波器，第二接收滤波器滤波输出的信号经第二低噪放大器放大之后输出至第二频谱分析仪。

本发明的另一个技术解决方案是：一种金属网无源互调性能的波导测试方法，该方法包括如下步骤：

(1)、根据被测金属网所处环境中所存在的射频信号及其功率和预设的被测无源互调波导的阶数设置发射模块和接收模块，使发送模块产生两路相应频率和功率的射频信号，并将其合路得到发射信号输出至三端口模块，并在接收端监测无源互调波导信号对应的射频信号；

(2)、对将金属网无源互调波导测试系统中的发射模块和接收模块进行校准；具体为：

采用射频电缆将发射模块的输出端口和接收模块的输入端口连接，测试发射模块与接收模块自身的无源互调波导对应的射频信号，若接收模块收到的无源互调波导对应的射频信号功率低于预设的值，则认为测试系统的发射模块与接收模块满足系统测试要求，否则，更换发射模块或者接收模块，直至系统的发射模块与接收模块满足系统测试要求；

(2)、采用金属板样件对三端口模块进行校准；具体为：

将三端口模块的输入波导-同轴转换器通过电缆与发射模块第一双工器连接，三端口模块的接收波同通过电缆与接收模块的第二双工器连接，三端口模块的被测件端连接一个波导金属板样件，进行校准测试，若接收模块接收到的无源互调波导对应的射频信号功率低于-155dBm，则认为测试系统的三端口模块满足系统测试要求；

(3)、采用源样件对测试系统的灵敏度性能进行校准；具体为：

将三端口模块中的被测件端连接的样件，更换为含有PIM源的样件，若接收模块接收到无源互调波导对应的射频信号为-120dBm以上，则认为测试系统的灵敏度满足测试要求，否则，调试测试系统直至测试系统的灵敏度满足测试要求；所述含有PIM源的样件包括金属丝材含有镍等铁磁性材料的金属网；

(4)、将三端口模块中的被测件端连接的样件，更换为待测金属网样件，测试无源互调波导信号对应的射频信号功率，完成金属网无源互调性能测试。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明提出了一种金属网无源互调波导测试系统，该测试系统是一种模块化系统，系统集成度高、性能稳定、系统搭建效率高；

(2)、本发明可以对金属网样件的左、右旋圆极化无源互调波导性能同时进行测试，测试效率高。

(3)、本发明采用的测试方法，被测金属网通过方形金属边框螺接固定在金属平板上，金属网样件尺寸约1个工作波长长度，比传统小一个数量级，金属网测试样件更换方便，测试速度快，成本低。

附图说明

图1为本发明的测试流程图；

图2为本发明的系统框图；

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，本发明提供的一种金属网无源互调波导测试系统，包括发射模块、接收模块和三端口模块，其中：

发射模块，根据被测金属网所处环境中存在的射频信号及其功率和预设的被测无源互调波导的阶数，产生两路相应频率和功率的射频信号，并将其合路得到发射信号输出至三端口模块；

三端口模块，用于将接收到的发射信号转换为波导信号，之后进行正交极化处理，将其发射到被测金属网试样件；接收被测金属网试样件产生的无源互调波导信号，并经过正交极化处理之后，转换为接收信号输出至接收模块；

接收模块，根据被测金属网所处环境中存在的射频信号及其功率和预设的被测无源互调波导的阶数，计算得到无源互调波导信号对应的射频信号频率，对接收信号进行滤波，得到无源互调波导信号对应的射频信号，将其发送至负载，测试无源互调波导信号对应的射频信号功率，完成金属网无源互调性能测试。

所述三端口模块包括输入波导-同轴转换器、正交模耦合器、输出波导-同轴转换器，其中：

输入波导-同轴转换器，将外部输入的射频信号转换为线极化波导信号；

波导式正交模耦合器，将从波导-同轴转换器进入的线极化波导信号，转换成左旋圆极化信号，并传输到测试端口；接收从测试端口进入的右旋圆极化信号，转换成线极化波导信号，并传输到输出波导-同轴转换器；所述波导式正交模耦合器极化隔离度大于35dB，实现高隔离度正交极化。

输出波导-同轴转换器，将线极化波导信号转换为射频信号。

正交模耦合器包含三个端口：输入端口、输出端口、测试端口，其连接关系为：

(a)、输入端口与输入报导-同轴转换器通过法兰连接(标准法兰，通识)；

(b)、输出端口与输出波同通过法兰连接(标准法兰，通识)；

(c)、被测金属网通过方形金属边框螺接固定在金属平板上，金属网与方形金属边框和金属平板的接触面均通过介质膜进行隔离来避免安装接触非线性。金属网安装板安装在正交模耦合器测试口端面，采用波导夹具和螺钉对两者进行固定。

从输入波同(“波导-同轴转换器”简称“波同”)进入波导式正交模耦合器的信号，会沿着发射波同—正交模耦合器(发射通道)—被测样件反射—正交模耦合器(接收通道)—接收波同的路径前进，反之亦然。

从输入报导-同轴转换器进入耦合器的信号，经金属网反射(近似于全反射)，只可能从输出波同输出。金属网反射的信号，不可能原路返回输入波导-同轴转换器。

能够实现这种功能的原因是：“正交模耦合器”具有发射端口(与发射波同连接)、接收端口(与接收波同连接)、测试端口(与待测样件连接)。从正交模耦合器输入端口进入的线极化信号，经正交模耦合器内部转换，形成左旋圆极化信号，并传输到测试端口；从正交模耦合器测试端口进入的右旋圆极化信号，经正交模耦合器内部转换，形成线极化信号，并传输到输出端口。测试端口的左旋圆极化信号，只能从输入端口进/出；测试端口的右旋圆极化信号，只能从输出端口进/出。发射波同的波导端口只能产生线极化信号，该线极化信号从正交模耦合器发射端口进入，正交模耦合器内部将线极化信号转换为左旋圆极化信号并将该左旋圆极化信号传输到正交模耦合器的测试端口。照射到金属网表面的左旋圆极化信号，经金属网反射，其反射信号即为右旋圆极化信号(通识)。该右旋圆极化信号经正交模耦合器转换为线极化信号并将该信号传输到输出端口。

综上，正交极化处理的含义为：正交模耦合器的输入、输出端口的线极化信号分别对应测试端口的左旋圆极化、右旋圆极化信号。左旋与右旋圆极化，这两种信号是正交的，而这两种正交的信号又分别对应输入、输出两个端口。因此称其为正交极化处理。

所述发射模块包括第一微波信号源、第一连续波放大器、第一定向耦合器、第二微波信号源、第二连续波放大器、第二定向耦合器、射频合路器、滤波器、第一双工器，所述第一双工器最好为低PIM双工器，各部件之间选择低PIM接收电缆连接，双工器和接收电缆的PIM功率不高于-155dBm。其中：

第一微波信号源用于产生频率为f1的第一射频信号，第一射频信号经第二连续放大器放大之后，由第一定向耦合器定向发送至射频耦合器；

第二微波信号源用于产生频率为f2的第二射频信号，第二射频信号经第二连续放大器放大之后，由第二定向耦合器定向发送至射频耦合器；

耦合之后的射频信号，在滤波器中滤波之后，经过第一双工器输出。

所述发射模块还包括第一功率计和第二功率计，分别用于测量第一耦合器和第二耦合器的输出信号功率。

所述发射模块还包括第一接收滤波器、第一低噪放大器和第一频谱分析仪，第一双工器输出的信号经第一接收滤波器滤波，再经第一低噪放大器放大之后输出至第一频谱分析仪，采用第一频谱分析仪测试发射模块内部产生的无源互调功率。

所述接收模块包括第二双工器、负载、第二接收滤波器、第二低噪放大器和第二频谱仪；其中，第二双工器将接收到的信号发送至负载和第二接收滤波器，第二接收滤波器滤波输出的信号经第二低噪放大器放大之后输出至第二频谱分析仪。负载最好为低PIM大功率负载，各部件之间最好采用低PIM接收电缆连接，各负载和接收电缆的PIM功率不应高于-155dBm。

如附图2所示，基于上述波导测试系统，本发明提供了一种金属网无源互调性能的波导测试方法，该方法包括如下步骤：

(1)、根据被测金属网所处环境中所存在的射频信号及其功率和预设的被测无源互调波导的阶数设置发射模块和接收模块，使发送模块产生两路相应频率和功率的射频信号，并将其合路得到发射信号输出至三端口模块，并在接收端监测无源互调波导信号对应的射频信号；

(2)、对将金属网无源互调波导测试系统中的发射模块和接收模块进行校准；具体为：

采用射频电缆将发射模块的输出端口和接收模块的输入端口连接，测试发射模块与接收模块自身的无源互调波导对应的射频信号，若接收模块收到的无源互调波导对应的射频信号功率低于预设的值，则认为测试系统的发射模块与接收模块满足系统测试要求，否则，更换发射模块或者接收模块，直至系统的发射模块与接收模块满足系统测试要求；

(2)、采用金属板样件对三端口模块进行校准；具体为：

将三端口模块的输入波导-同轴转换器通过电缆与发射模块第一双工器连接，三端口模块的接收波同通过电缆与接收模块的第二双工器连接，三端口模块的被测件端连接一个波导金属板样件，进行校准测试，若接收模块接收到的无源互调波导对应的射频信号功率低于-155dBm，则认为测试系统的三端口模块满足系统测试要求；

(3)、采用源样件对测试系统的灵敏度性能进行校准；具体为：

将三端口模块中的被测件端连接的样件，更换为含有PIM源的样件，若接收模块接收到无源互调波导对应的射频信号为-120dBm以上，则认为测试系统的灵敏度满足测试要求，否则，调试测试系统直至测试系统的灵敏度满足测试要求；所述含有PIM源的样件包括金属丝材含有镍等铁磁性材料的金属网、家装用金属纱窗，或者钢丝球等。这些金属网金属丝材接触不紧密PIM性能很差。

(4)、将三端口模块中的被测件端连接的样件，更换为待测金属网样件，测试无源互调波导信号对应的射频信号功率，完成金属网无源互调性能测试。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种金属网无源互调性能的波导测试系统，其特征在于包括发射模块、接收模块和三端口模块，其中：

发射模块，根据被测金属网所处环境中存在的射频信号及其功率和预设的被测无源互调波导的阶数，产生两路相应频率和功率的射频信号，并将其合路得到发射信号输出至三端口模块；

三端口模块，用于将接收到的发射信号转换为波导信号，之后进行正交极化处理，将其发射到被测金属网试样件；接收被测金属网试样件产生的无源互调波导信号，并经过正交极化处理之后，转换为接收信号输出至接收模块；

接收模块，根据被测金属网所处环境中存在的射频信号及其功率和预设的被测无源互调波导的阶数，计算得到无源互调波导信号对应的射频信号频率，对接收信号进行滤波，得到无源互调波导信号对应的射频信号，将其发送至负载，测试无源互调波导信号对应的射频信号功率，完成金属网无源互调性能测试；

所述三端口模块包括输入波导-同轴转换器、波导式正交模耦合器、输出波导-同轴转换器，其中：

输入波导-同轴转换器，将外部输入的射频信号转换为线极化波导信号；

波导式正交模耦合器，将从波导-同轴转换器进入的线极化波导信号，转换成左旋圆极化信号，并传输到测试端口；接收从测试端口进入的右旋圆极化信号，转换成线极化波导信号，并传输到输出波导-同轴转换器；

输出波导-同轴转换器，将线极化波导信号转换为射频信号。

2.根据权利要求1所述的一种金属网无源互调性能的波导测试系统，其特征在于所述波导式正交模耦合器极化隔离度大于35dB。

3.根据权利要求1所述的一种金属网无源互调性能的波导测试系统，其特征在于所述发射模块包括第一微波信号源、第一连续波放大器、第一定向耦合器、第二微波信号源、第二连续波放大器、第二定向耦合器、射频合路器、滤波器、第一双工器，其中：

第一微波信号源用于产生频率为f₁的第一射频信号，第一射频信号经第二连续放大器放大之后，由第一定向耦合器定向发送至射频耦合器；

第二微波信号源用于产生频率为f₂的第二射频信号，第二射频信号经第二连续放大器放大之后，由第二定向耦合器定向发送至射频耦合器；

耦合之后的射频信号，在滤波器中滤波之后，经过第一双工器输出。

4.根据权利要求1所述的一种金属网无源互调性能的波导测试系统，其特征在于所述发射模块还包括第一功率计和第二功率计，分别用于测量第一耦合器和第二耦合器的输出信号功率。

5.根据权利要求1所述的一种金属网无源互调性能的波导测试系统，其特征在于所述发射模块还包括第一接收滤波器、第一低噪放大器和第一频谱分析仪，第一双工器输出的信号经第一接收滤波器滤波，再经第一低噪放大器放大之后输出至第一频谱分析仪，采用第一频谱分析仪测试发射模块内部产生的无源互调功率。

6.根据权利要求1所述的一种金属网无源互调性能的波导测试系统，其特征在于所述接收模块包括第二双工器、负载、第二接收滤波器、第二低噪放大器和第二频谱仪；其中，第二双工器将接收到的信号发送至负载和第二接收滤波器，第二接收滤波器滤波输出的信号经第二低噪放大器放大之后输出至第二频谱分析仪。

7.基于权利要求1所述的一种金属网无源互调性能的波导测试方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)、根据被测金属网所处环境中所存在的射频信号及其功率和预设的被测无源互调波导的阶数设置发射模块和接收模块，使发送模块产生两路相应频率和功率的射频信号，并将其合路得到发射信号输出至三端口模块，并在接收端监测无源互调波导信号对应的射频信号；

(2)、对将金属网无源互调波导测试系统中的发射模块和接收模块进行校准；具体为：

采用射频电缆将发射模块的输出端口和接收模块的输入端口连接，测试发射模块与接收模块自身的无源互调波导对应的射频信号，若接收模块收到的无源互调波导对应的射频信号功率低于预设的值，则认为测试系统的发射模块与接收模块满足系统测试要求，否则，更换发射模块或者接收模块，直至系统的发射模块与接收模块满足系统测试要求；

(3)、采用金属板样件对三端口模块进行校准；具体为：

将三端口模块的输入波导-同轴转换器通过电缆与发射模块第一双工器连接，三端口模块的接收波同通过电缆与接收模块的第二双工器连接，三端口模块的被测件端连接一个波导金属板样件，进行校准测试，若接收模块接收到的无源互调波导对应的射频信号功率低于-155dBm，则认为测试系统的三端口模块满足系统测试要求；

(4)、采用源样件对测试系统的灵敏度性能进行校准；具体为：

将三端口模块中的被测件端连接的样件，更换为含有PIM源的样件，若接收模块接收到无源互调波导对应的射频信号为-120dBm以上，则认为测试系统的灵敏度满足测试要求，否则，调试测试系统直至测试系统的灵敏度满足测试要求；所述含有PIM源的样件包括金属丝材含有镍等铁磁性材料的金属网；

(5)、将三端口模块中的被测件端连接的样件，更换为待测金属网样件，测试无源互调波导信号对应的射频信号功率，完成金属网无源互调性能测试。

Images