CN108226684B - 夹持杆衰减量分布测试夹具、测试系统及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种夹持杆衰减量分布测试夹具、测试系统及方法，测试夹具划分为：微带线部分、渐变线部分和平行双线部分，微带线部分、平行双线部分和渐变线部分都在样品孔左右两侧对称分布，样品孔为中心孔或侧边孔，中心孔和侧边孔从垂直于测试夹具基板的方向贯穿整个测试夹具，测试夹具中的渐变线部分实现了从微带线部分到平行双线部分的阻抗渐变；本发明利用平行双线渐变到微带线的测试夹具，可以更加真实的模拟夹持杆在行波管中的电磁场环境，测试可靠性和准确性更高；通过减小介质基板的厚度，同时保证微带线50欧姆特性阻抗，可实现更高的纵向测试分辨率；结合水平移动装置和程控计算机，可以实现夹持杆在线快速测试，操作简单。

Description

夹持杆衰减量分布测试夹具、测试系统及测试方法
技术领域
本发明属于微波、毫米波材料电磁参数测试技术领域，尤其涉及到品形、方形和圆形夹持杆的衰减分布测试夹具、测试系统及测试方法。
背景技术
在行波管中为了抑制自激振荡，通常在行波管内的适当位置设置集中衰减器，集中衰减器可以在很短的距离内吸收慢波线上的电磁信号，这就可以消除从输出端反射回来的信号，从而抑制自激振荡。但是集中衰减器也存在匹配的问题，匹配的不好也会产生反射进而导致自激振荡，而集中衰减器的匹配情况又取决于夹持杆上衰减涂层的衰减分布规律。所以精确测量夹持杆的轴向衰减分布对于提高行波管效能具有非常重要的作用。传统测试夹具及方法包括矩形波导(或腔)、渐变波导、同轴腔、脊波导(或腔)和微带线夹具以及对应的传输反射法和围绕法等，目前所采用的这些测试方法，其纵向检测分辨率较低(如矩形波导、同轴腔等)，且无法准确模拟夹持杆在行波管中的电磁场环境，导致测试结果的真实性和准确性受限。
发明内容
本发明目的在于，提供一种夹持杆衰减量分布测试夹具、测试系统及测试方法，采用网络参数法对品形、方形和圆形夹持杆衰减分布进行准确测试，自动判别不合格产品。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种夹持杆衰减量分布测试夹具，测试夹具划分为三部分：微带线部分11、渐变线部分 12和平行双线部分13，微带线部分11、平行双线部分13和渐变线部分12都在样品孔左右两侧对称分布，样品孔为中心孔131或侧边孔132，中心孔131和侧边孔132从垂直于测试夹具基板的方向贯穿整个测试夹具，中心孔131位于测试夹具的中心，侧边孔132位于平行双线部分13中间并与信号线16边缘相切；微带线部分11位于测试夹具的两端，平行双线部分13位于测试夹具的中间，渐变线部分12位于微带线部分11和平行双线部分13之间，渐变线部分实现了从微带线部分11到平行双线部分13的阻抗渐变；微带线部分11为标准50 欧姆传输线；微带线部分11、渐变线部分12和平行双线部分13每一部分都包括介质基板14，介质基板14底部设有信号地15，介质基板14上表面设有信号线16。
作为优选方式，渐变线部分12为Klopfenstein渐变线。
作为优选方式，测试夹具采用罗杰斯基板RO5880，基板厚0.508mm，纵向检测分辨率为 0.508mm。
本发明还提供一种夹持杆衰减量分布测试系统，包括上述的测试夹具，还包括固定装置 39、矢量网络分析仪31、计算机32、水平移动装置33、玻璃瓦310、待测夹持杆35，测试夹具水平放置在测试平台上使样品孔保持水平，玻璃瓦310垂直插入样品孔内，待测夹持杆 35插入玻璃瓦310内同时穿过测试夹具，固定装置39放置在测试平台上支撑玻璃瓦310和待测夹持杆35，固定装置39上设有与玻璃瓦310配合的槽，水平移动装置33平行于测试夹具34，水平移动装置33的执行部件水平推动夹持杆35穿过测试夹具34，矢量网络分析仪 31的端口311和端口312分别通过同轴电缆361和362连接在测试夹具34的端口341和342 上；计算机32利用网线38实现对矢量网络分析仪31的控制和数据读取，并利用串口传输线 37实现对水平移动装置33的执行部件的控制，使执行部件推动待测夹持杆35平稳移动。
本发明还提供一种使用上述系统测试夹持杆衰减量分布的方法，包括如下步骤：
1)连接电源，打开矢量网络分析仪31和计算机32；
2)打开计算机中测试软件，对矢量网络分析仪31进行初始化连接；
3)对矢量网络分析仪31进行校准，采用标准SOLT校准方法校准至测试夹具的两端口 341和342处；
4)将待测夹持杆35放入玻璃瓦310中，调节固定装置39保证夹持杆35、玻璃瓦310、样品孔同心，使夹持杆35一端位于测试夹具内；
5)在测试软件中点击测试，并在测试完毕后通过水平移动装置33的执行部件推动夹持杆35在测试夹具内水平移动，并再进行测试，直到整个夹持杆35测试完毕；
6)保存测试数据并取出夹持杆35。
本发明的测试原理如下：
本测试方法采用网络参数法反演出夹持杆衰减量。在未插入夹持杆时，测试夹具的网络级联如附图4(a)所示，其中41表示微带线网络参数、42表示渐变网络参数、43表示平行双线网络参数，由于结构对称性，所以左右两侧的网络参数一样，此时可以将整个夹具看作一个均匀的微波网络。当待测夹持杆插入时，中间平行双线的网络参数改变，如附图4(b)所示，44代表夹持杆的网络参数，431为平行双线的网络参数。此时相当于在均匀的微波网络中插入一个双端口网络(即待测夹持杆)，它所产生的影响，可以用插入反射系数、插入衰减和插入移相等参数来描述。一般来说插入网络后，负载得到的功率要发生变化，这个变化除了与插入的网络本身有关，还和信号源和负载的情况相关，在这里我们规定信号源和负载都是匹配的，这时插入网络对于负载功率的影响就是这个网络的插入衰减。
插入网络后，导致负载功率下降的衰减分为两部分，一是由网络的反射造成的无功损耗，记作LR。二是网络本身的有功损耗，我们要求的衰减就是从总功率中扣除无功损耗后得到的有功损耗，记作LA。
由网络散射参量可以计算出插入网络的有功损耗，即待测夹持杆的衰减量。
Figure BDA0001562061670000031
Figure BDA0001562061670000032
Figure BDA0001562061670000033
或
Figure BDA0001562061670000034
本发明的有益效果如下：
(1)利用平行双线渐变到微带线的测试夹具，可以更加真实的模拟夹持杆在行波管中的电磁场环境，测试可靠性和准确性更高。
(2)通过减小介质基板的厚度，同时保证微带线50欧姆特性阻抗，可实现更高的纵向测试分辨率。
(3)采用水平放置测试夹具和玻璃瓦的方式，并结合水平移动装置和程控计算机，可以实现夹持杆在线快速稳定测试，操作简单。
附图说明
图1(a)是设有中间孔的本发明夹持杆衰减量分布测试夹具的俯视图。
图1(b)是设有侧边孔的本发明夹持杆衰减量分布测试夹具平行双线部分的俯视图。
图1(c)是本发明的夹持杆衰减量分布测试夹具的侧视图。
图1(d)是本发明夹持杆衰减量分布测试夹具的主视图。
图2是平行双线电场分布图；
图3是本发明的夹持杆衰减量分布测试系统；
图4是网络级联示意图；(a)是未插入夹持杆的网络级联图，(b)是插入夹持杆的网络级联图。
其中，11为微带线部分，12为渐变线部分，13为平行双线部分，131为中间孔，132为侧边孔，14为介质基板，15为信号地、16为信号线；
21和22是平行双线的上下导体， 23是中间电场线，24是边缘辐射电场线；
31是矢量网络分析仪、311是矢量网络分析仪的第一端口、312是矢量网络分析仪的第二端口、32是计算机、33是水平移动装置、34是测试夹具、341是测试夹具的第一端口、342 是测试夹具的第二端口、35是待测夹持杆、361和362是微波同轴电缆、37是串口传输线、 38是网线、39是固定装置，310是玻璃瓦；
41是微带线网络，42是渐变线网络，43是未插入夹持杆时的平行双线网络，431是插入夹持杆后的平行双线网络，44是待测夹持杆的网络。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
鉴于传统检测方法中存在的问题，本发明提出了设计微带渐变至平行双线的新型传输线作为测试夹具，并分别在平行双线中间和侧边开通孔，用于插入待测夹持杆。根据S参数和微波网络法，通过网络级联的方式反演出夹持杆的衰减量。
为更真实地模拟夹持杆在行波管中的电磁场环境，并有效测试夹持杆衰减分布，设计两种微带线至平行双线至微带线的传输线结构，见附图1，两种结构基本相同，都是采用阻抗渐变，不同的是其中一种为平行双线中间开孔，见附图1(a)，另外一种为平行双线侧边开孔，见附图1(b)。对于平行双线，其电场分布如附图2所示，中间电场较强，当夹持杆放置在中间孔时，可利用电场沿轴向测试其衰减分布；当夹持杆插入侧边孔时，其电场线与夹持杆轴向存在夹角，这样的测试环境更加接近其在行波管中的电场环境。但是由于平行双线无法与同轴线直接连接，设计平行双线到微带线渐变结构，可实现宽带测试，同时也方便计算分析。
一种夹持杆衰减量分布测试夹具，测试夹具划分为三部分：微带线部分11、渐变线部分 12和平行双线部分13，微带线部分11、平行双线部分13和渐变线部分12都在样品孔左右两侧对称分布，样品孔为中心孔131或侧边孔132，中心孔131和侧边孔132从垂直于测试夹具基板的方向贯穿整个测试夹具，中心孔131位于测试夹具的中心，侧边孔132位于平行双线部分13中间并与信号线16边缘相切；微带线部分11位于测试夹具的两端，平行双线部分13位于测试夹具的中间，渐变线部分12位于微带线部分11和平行双线部分13之间，渐变线部分实现了从微带线部分11到平行双线部分13的阻抗渐变；微带线部分11为标准50 欧姆传输线；微带线部分11、渐变线部分12和平行双线部分13每一部分都包括介质基板14，介质基板14底部设有信号地15，介质基板14上表面设有信号线16。
本实施例中，渐变线部分12为Klopfenstein渐变线。为简化设计，也可以采用椭圆函数或指数函数实现阻抗渐变；
本实施例中，测试夹具采用罗杰斯基板RO5880，基板厚0.508mm，因此纵向检测分辨率为0.508mm。
平行双线的中间孔直径设计为1.2mm，侧边孔直径设计为4.2mm，分别用于测试直径小于1.2mm和4.2mm的夹持杆。
一种夹持杆衰减量分布测试系统，如附图3所示，包括上述的测试夹具，还包括固定装置39、矢量网络分析仪31、计算机32、水平移动装置33、玻璃瓦310、待测夹持杆35，测试夹具水平放置在测试平台上使样品孔保持水平，玻璃瓦310垂直插入样品孔内，待测夹持杆35插入玻璃瓦310内同时穿过测试夹具，固定装置39放置在测试平台上支撑玻璃瓦310 和待测夹持杆35，固定装置39上设有与玻璃瓦310配合的槽，水平移动装置33平行于测试夹具34，水平移动装置33的执行部件水平推动夹持杆35穿过测试夹具34，矢量网络分析仪 31的端口311和端口312分别通过同轴电缆361和362连接在测试夹具34的端口341和342 上；计算机32利用网线38实现对矢量网络分析仪31的控制和数据读取，并利用串口传输线 37实现对水平移动装置33的执行部件的控制，使执行部件推动待测夹持杆35平稳移动。
一种使用上述系统测试夹持杆衰减量分布的方法，包括如下步骤：
1)连接电源，打开矢量网络分析仪31和计算机32；
2)打开计算机中测试软件，对矢量网络分析仪31进行初始化连接；
3)对矢量网络分析仪31进行校准，采用标准SOLT校准方法校准至测试夹具的两端口 341和342处；
4)将待测夹持杆35放入玻璃瓦310中，调节固定装置39保证夹持杆35、玻璃瓦310、样品孔同心，使夹持杆35一端位于测试夹具内；
5)在测试软件中点击测试，并在测试完毕后通过水平移动装置33的执行部件推动夹持杆35在测试夹具内水平移动，并进行测试，直到整个夹持杆35测试完毕；
6)保存测试数据并取出夹持杆35。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种夹持杆衰减量分布测试夹具，其特征在于：测试夹具划分为三部分：微带线部分(11)、渐变线部分(12)和平行双线部分(13)，微带线部分(11)、平行双线部分(13)和渐变线部分(12)都在样品孔左右两侧对称分布，样品孔为中心孔(131)或侧边孔(132)，中心孔(131)和侧边孔(132)从垂直于测试夹具基板的方向贯穿整个测试夹具，中心孔(131)位于测试夹具的中心，侧边孔(132)位于平行双线部分(13)中间并与信号线(16)边缘相切；微带线部分(11)位于测试夹具的两端，平行双线部分(13)位于测试夹具的中间，渐变线部分(12)位于微带线部分(11)和平行双线部分(13)之间，渐变线部分实现了从微带线部分(11)到平行双线部分(13)的阻抗渐变；微带线部分(11)为标准50欧姆传输线；微带线部分(11)、渐变线部分(12)和平行双线部分(13)每一部分都包括介质基板(14)，介质基板(14)底部设有信号地(15)，介质基板(14)上表面设有信号线(16)；
渐变线部分(12)为Klopfenstein渐变线。
2.根据权利要求1所述的夹持杆衰减量分布测试夹具，其特征在于：测试夹具采用罗杰斯基板RO5880，基板厚0.508mm，纵向检测分辨率为0.508mm。
3.一种夹持杆衰减量分布测试系统，包括权利要求1或2所述的测试夹具，其特征在于：还包括固定装置(39)、矢量网络分析仪(31)、计算机(32)、水平移动装置(33)、玻璃瓦(310)、待测夹持杆(35)，测试夹具水平放置在测试平台上使样品孔保持水平，玻璃瓦(310)垂直插入样品孔内，待测夹持杆(35)插入玻璃瓦(310)内同时穿过测试夹具，固定装置(39)放置在测试平台上支撑玻璃瓦(310)和待测夹持杆(35)，固定装置(39)上设有与玻璃瓦(310)配合的槽，水平移动装置(33)平行于测试夹具(34)，水平移动装置(33)的执行部件水平推动夹持杆(35)穿过测试夹具(34)，矢量网络分析仪的第一端口(311)和矢量网络分析仪的第二端口(312)分别通过微波同轴电缆连接在测试夹具的第一端口(341)和测试夹具的第二端口(342)上；计算机(32)利用网线(38)实现对矢量网络分析仪(31)的控制和数据读取，并利用串口传输线(37)实现对水平移动装置(33)的执行部件的控制，使执行部件推动待测夹持杆(35)平稳移动。
4.一种使用权利要求3所述的系统测试夹持杆衰减量分布的方法，其特征在于包括如下步骤：
1)连接电源，打开矢量网络分析仪(31)和计算机(32)；
2)打开计算机中测试软件，对矢量网络分析仪(31)进行初始化连接；
3)对矢量网络分析仪(31)进行校准，采用标准SOLT校准方法校准至测试夹具的第一端口(341)和测试夹具的第二端口(342)处；
4)将待测夹持杆(35)放入玻璃瓦(310)中，调节固定装置(39)保证夹持杆(35)、玻璃瓦(310)、样品孔同心，使夹持杆(35)一端位于测试夹具内；
5)在测试软件中点击测试，并在测试完毕后通过水平移动装置(33)的执行部件推动夹持杆(35)在测试夹具内水平移动，并再进行测试，直到整个夹持杆(35)测试完毕；
6)保存测试数据并取出夹持杆(35)。
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