CN112350772A

CN112350772A - 一种应用插入损耗值检验波导的方法

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Publication number: CN112350772A
Application number: CN202011148641.3A
Authority: CN
Inventors: 魏昕; 王京京; 涂冰怡; 黄涛; 朱莹; 苏峰
Original assignee: Xian Institute of Space Radio Technology
Current assignee: Xian Institute of Space Radio Technology
Priority date: 2020-10-23
Filing date: 2020-10-23
Publication date: 2021-02-09

Abstract

一种应用插入损耗值检验波导的方法，属于卫星载荷设计领域，包括如下步骤：S1、确定波导插入损耗值的影响因子，包括波导弯头数、波导段数、随机误差；S2、利用波导弯头数、波导段数、随机误差，建立波导插入损耗值预估模型；S3、根据每根波导的弯头数、段数，利用波导插入损耗值预估模型，确定每根波导的插入损耗估计值；S4、对任意一根波导，如果该波导的实测插入损耗值超过该波导的插入损耗估计值，则对该波导标记异常，并进行复测，复测结果仍超过插入损耗估计值，判定该波导不合格。本发明使用预估模型，结合不同波导组件的影响因子的不同，预估出每根波导组件的插入损耗值，从而判断该波导是否符合使用要求。

Description

一种应用插入损耗值检验波导的方法

技术领域

本发明涉及一种应用插入损耗值检验波导的方法，属于卫星载荷设计领域。

背景技术

本任务来源于卫星波导性能测试方案设计。波导作为卫星中重要的传输通道，对整个卫星的性能起着至关重要的作用。未来的卫星发展趋势是高通路，大容量，为了支撑复杂的有效载系统，卫星平台也从东四平台逐渐向东四E增强型，东五平台发展。卫星的体积更大，载重量更多，随之带来的问题是波导的数量呈几何倍数增长。为了保证卫星的性能，将整个卫星的指标(驻波、插入损耗)分解到单根波导上，波导的性能也要满足指标要求。波导生产完成后，需要在地面对每个波导的性能提前进行测试检验，并进行判读。满足指标的要求的波导予以保留，后续在卫星上完成总装工作；不满足指标要求的予以剔除，后续返修或者重新加工。由于波导的数量众多，单根判读所带来的工作量巨大，难以满足任务需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种应用插入损耗值检验波导的方法，包括如下步骤：S1、确定波导插入损耗值的影响因子，包括波导弯头数、波导段数、随机误差；S2、利用波导弯头数、波导段数、随机误差，建立波导插入损耗值预估模型；S3、根据每根波导的弯头数、段数，利用波导插入损耗值预估模型，确定每根波导的插入损耗估计值；S4、对任意一根波导，如果该波导的实测插入损耗值超过该波导的插入损耗估计值，则对该波导标记异常，并进行复测，复测结果仍超过插入损耗估计值，判定该波导不合格。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种应用插入损耗值检验波导的方法，包括如下步骤：

S1、确定波导插入损耗值的影响因子，包括波导弯头数、波导段数、随机误差；

S2、利用波导弯头数、波导段数、随机误差，建立波导插入损耗值预估模型；

S3、根据每根波导的弯头数、段数，利用波导插入损耗值预估模型，确定每根波导的插入损耗估计值；

S4、对任意一根波导，如果该波导的实测插入损耗值超过该波导的插入损耗估计值，则对该波导标记异常，并进行复测，复测结果仍超过插入损耗估计值，判定该波导不合格。

上述应用插入损耗值检验波导的方法，优选的，S2中，基于合格波导的实测数据，建立波导插入损耗值预估模型。

上述应用插入损耗值检验波导的方法，优选的，S2中，波导插入损耗值预估模型为：

D＝a*Nw+b*Nj+c+ΔD

式中，D为每米波导插损，Nw为波导组件中弯头的个数，Nj为波导组件中波导的小节数，ΔD为插损D的随机误差；a、b、c均为参考系数。

上述应用插入损耗值检验波导的方法，优选的，波导插入损耗值预估模型中，首先剔除随机误差ΔD的影响，对a、b、c进行拟合确定，最后确定ΔD的概率分布。

上述应用插入损耗值检验波导的方法，优选的，ΔD符合标准正态分布。

上述应用插入损耗值检验波导的方法，优选的，当波导组件中弯头个数大于5或波导的小节数大于5时，对波导插入损耗值预估模型进行修正。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)提出一种快速判断波导组件的插损是否满足使用要求的方法。其中将影响波导插损的因素如波导弯头述、波导段数、随机误差等列为影响波导插入损耗的影响因子。根据不同的影响因子的权重建立插入损耗的预估模型。使用预估模型，结合不同波导组件的影响因子的不同，预估出每根波导组件的插入损耗值。将预估值与实际测量值进行对比可以迅速判断该波导组件插入损耗值是否满足要求。从而判断该波导是否符合使用要求。

(2)针对已经确定的波导组件，可以迅速的预估出该波导组件的插入损耗的预估值，并将预估值与实际值进行对比，若两者相差过大，则可判断该波导组件的插入损耗值存在问题。对波导组件进行复测，从而可以判断该问题是由波导组件本身引起还是测量时人为疏忽造成；如果排除人为疏忽，可以快速的将不合格的波导组件剔除。

(3)若一整批波导组件统一出现测量插入损耗值与预估值不符的情况，则可以从侧面说明测量插入损耗的仪器或设备出现的问题或者机器校准出现了问题，则可以从该方面对测试仪器进行修正。

(4)提出了一种针对波导组件插入损耗的预估模型，该模型根据不同的波导组件的样式，对影响波导组件插入损耗的因子权重进行不同的分配，得到不同的波导组件模型的预估模型。

附图说明

图1为本发明方法的步骤流程图。

图2为参考系数拟合结果图。

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。

一种应用插入损耗值检验波导的方法，如图1所示，包括如下步骤：

作为本发明的一种优选方案，S2中，基于合格波导的实测数据，建立波导插入损耗值预估模型。波导插入损耗值预估模型为：

D＝a*Nw+b*Nj+c+ΔD

波导插入损耗值预估模型中，首先剔除随机误差ΔD的影响，对a、b、c进行拟合确定，最后确定ΔD的概率分布。ΔD符合标准正态分布。

作为本发明的一种优选方案，当波导组件中弯头个数大于5或波导的小节数大于5时，对波导插入损耗值预估模型进行修正。

实施例：

一种应用插入损耗值检验波导的方法，包括如下步骤：

插入损耗是无线通信及射频电路设计中的一个重要的指标。电路的插入损耗对电路有着重要的影响，降低插入损耗有利于提高功放效率以及更好的热量管理。在射频和微波电路中，插入损耗通常定义为输出端口所收到的功率PI与输入端口的源功率Pi之比，常用dB表示，插入损耗通常是由于电路失配引起，但是电路设计中要达到理想的状态下的匹配几乎是不可能，所以为保证电路的性能，需要尽可能减小插入损耗。一般插入损耗主要包括介质损耗、导体损耗、辐射损耗和泄露损耗。对于波导来说，由于其为一个封闭的金属腔体，故不考虑辐射损耗。另外三种因素是造成波导插损的主要原因，波导内腔中间是空气，故介质损耗因素是确定的，在本发明中可以忽略不计。导体损耗和泄露损耗是重点影响因素。

由于金属波导为了适应不同平台和卫星的连接要求，需要设计成不同的形状及长度，长度越长，导体损耗越大。且由于是加工成型的产品，在生产加工中都存在加工误差，这些误差也会引起导体损耗；为了提高电性能，一般波导内腔选择镀银处理，在镀银的过程中，可能会由于工艺的缺陷而导致波导内腔镀层缺失，同样会造成导体损耗；波导与波导的连接通过法兰来连接，加工中如果法兰的平面度没有加工好，互联之间的法兰可能会存在缝隙，造成泄漏损耗。

在本发明中使用大量的样本波导进行统计测试，对相同频段、不同长度波导的插入损耗进行统计，所得到的列表如表1所示(本实施例中以X频段为例)。

表1

为了排除波导长度对插损的影响因素，将单根波导插损转换为波导的每米插损值。波导的插损可以表示为如下的公式。

D＝a*Nw+b*Nj+c+ΔD (1)

式(1)中，D为每米波导插损，其中Nw为波导组件中弯头的个数，Nj为波导组件中波导的小节数，ΔD为插损D的随机误差。a、b、c为参考系数。

为确定系数a，b，c的值，在matlab中对表1的数据进行拟合。在该拟合过程中先排除随机误差ΔD对式1的影响，先对a，b，c系数进行拟合确定。拟合结果如图2所示。

经过拟合可以得知，a＝0.02096，b＝-0.02248，c＝0.1904，随机误差ΔD符合RMSE为0.109的标准正态分布。

根据上述的分析可知，波导插损由三方面组成。第一是波导弯头，波导弯头越多，插损越大；第二是波导段数，波导分段越多，插损越大；第三是测试过程中带来的随机误差。在本发明中，根据拟合的结果得出系数a＝0.02096，b＝-0.02248，c＝0.1904。根据理论可得系数a，b都应该是正数，但是由于测试时插损有误差，且在公式中加入常数c进行修正，所以系数b的拟合结果为负数。

ΔD符合标准正态分布，标准正态分布是一个在数学、物理及工程领域都非常重要的概率分布，在统计学的许多方面有着重大的影响力。正态的分布的概率密度函数曲线呈钟形。

式(2)为标准正态分布表的表达式。

实际应用中，基于波导插入损耗的模型。根据实际的波导组件的设计形式确定几个影响插入损耗的影响因子数值。如：该波导的弯头个数为3个，波导组件分为4个单独的段。则可以根据所确定模型来确定该波导组件的插入损耗为D＝0.02096*3-0.02248*4+0.1904+ΔD。最终计算值为D＝0.16+ΔD。由于随机误差ΔD符合正态分布，则可以根据正态分布表的数值计算出波导组件的插入损耗的最终数值。

而此时该波导组件的实测插入损耗值也可以由仪器设备测量出来。可以将两者进行对比，如果两者差值不超过预设值，说明波导组件的测试方法和仪器的校准是正确的；反之如果不相符：1、说明测试方法或者仪器的校准存在问题，则可以对错误进行修正；2、说明该波导组件加工生产存在问题，在波导组件较多的时候(通常为数千个组件)，能快速的剔除不合格的波导组件。

更进一步的，针对不同的波导组件样式，波导的插损表达式的形式优化后为：

(1)如果弯头的个数及波导小节数都不超过5，则说明不论是弯头个数还是波导小节数对波导插入损耗的影响是有限的，近似的认为是线性的。所以表达式(模型一)为D1＝a1*Nw+b1*Nj+c1+ΔD1，ΔD1为模型一插损D1的随机误差；a1、b1、c1为模型一的参考系数。

(2)如果弯头的个数大于5且波导小节数不超过5，则说明弯头个数对波导插入损耗的影响相当大，则弯头个数的影响因子变成平方关系。所以表达式(模型二)为D2＝a2*Nw²+b2*Nj+c2+ΔD2，ΔD2为模型二插损D2的随机误差；a2、b2、c2为模型二的参考系数。

(3)如果弯头的个数不超过5且波导小节数大于5，则说明波导小节个数对波导插入损耗的影响相当大，则波导小节的影响因子变成平方关系。所以表达式(模型三)为D3＝a3*Nw+b3*Nj²+c3+ΔD3，ΔD3为模型三插损D3的随机误差；a3、b3、c3为模型三的参考系数。

(4)如果弯头的个数和波导小节数都超过5，则说明弯头的个数及波导小节个数对波导插入损耗的影响相当大，则两个影响因子变成平方关系。所以表达式(模型四)为D4＝a4*Nw²+b4*Nj²+c4+ΔD4，ΔD4为模型四插损D4的随机误差；a4、b4、c4为模型四的参考系数。

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。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种应用插入损耗值检验波导的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种应用插入损耗值检验波导的方法，其特征在于，S2中，基于合格波导的实测数据，建立波导插入损耗值预估模型。

3.根据权利要求1所述的一种应用插入损耗值检验波导的方法，其特征在于，S2中，波导插入损耗值预估模型为：

D＝a*Nw+b*Nj+c+ΔD

4.根据权利要求3所述的一种应用插入损耗值检验波导的方法，其特征在于，波导插入损耗值预估模型中，首先剔除随机误差ΔD的影响，对a、b、c进行拟合确定，最后确定ΔD的概率分布。

5.根据权利要求4所述的一种应用插入损耗值检验波导的方法，其特征在于，ΔD符合标准正态分布。

6.根据权利要求3所述的一种应用插入损耗值检验波导的方法，其特征在于，当波导组件中弯头个数大于5或波导的小节数大于5时，对波导插入损耗值预估模型进行修正。