CN114079131B - 一种腔体滤波器调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明通过参考微波腔体滤波器对待调滤波器进行调试，提供的微波腔体滤波器调试方法简化了微波腔体滤波器辅助调试的计算复杂度，降低对产品一致性的要求，简化前端的加工组装的要求，适应生产中需要频繁切换型号的场景，本算法能够在最快的时间完成切换，不会影响生产进度，适用性强。

Description

一种腔体滤波器调试方法

技术领域

本发明是一种通信射频器件的调试方法，具体为一种通过采样计算谐振腔位置从而进行微波腔体滤波器辅助调试的方法

背景技术

微波腔体滤波器是移动通信基站的重要组成部分。微波腔体滤波器受限于材料特性、机械加工误差等原因，在实际生产中采用可以上下旋转的调谐螺杆来调节谐振腔和耦合腔的强弱。当前的调试环节高度依赖熟练技术人员，但是调试技术员的培训周期长、成本高，且依赖人工调试的产量也无法提升。以此，能够自动对微波腔体滤波器进行分析，实现自动调试或辅助普通工人调试的算法具有重要意义。只有这样，才能减轻生产制造环节对熟练调试人员的依赖，进而采用普通工人或者机械化方案来完成调试环节，以降低成本、提升产能。

现有技术方案存在一些腔体滤波器的调试方案，包括使用耦合矩阵参数与螺杆调整量之间的对应关系，来指导微波腔体滤波器的调试。如：申请号：200910020953.3。

包括使用电磁仿真软件获取螺杆理论长度，与实际微波腔体滤波器的样本数据构建模型，来指导调试。如：申请号：201711394178.9

包括采用智能化算法，如神经网络、仿生的优化算法等建立微波腔体滤波器的s参数与螺杆调整量之间的关系，来指导调试过程。如：申请号：201811627292.6。

微波腔体滤波器是工业化产品，调试过程必须要能够克服前期加工环节的不一致性，不能以增加生产成本和加工精度为要求，来实现调试环节的自动化。现有的相关技术存在一些缺点：

(1)算法复杂，计算量大，当微波腔体滤波器的谐振腔数量增加或存在收发共用谐振腔结构时，算法的复杂度呈指数上升。微波腔体滤波器的谐振腔数量直接对应于耦合矩阵的阶数，耦合矩阵的阶数上升，相关的运算量指数上升，直接影响算法的适应性。随着移动通信的发展，对微波腔体滤波器的指标要求越来越高，收发共用谐振腔的产品逐步占据主导位置，采用耦合矩阵的方法很难处理这一类型的产品。

(2)依赖于产品的一致性，难以实现。微波腔体滤波器的调试必须要应对加工的不一致性，通过仿真获得的理论调节量在实际的工程中帮助有限，采用仿真软件与实际产品进行误差比对的方法进行辅助调试很难应对生产线的加工误差。

(3)切换型号没有适用性。微波腔体滤波器是移动通信中的射频器件，需要满足不同通信频段的要求，因此，品种多样，型号复杂。一些采用智能化算法的辅助调试方法，受限于所采用的神经网络的深度、结构或者优化算法的梯度和目标函数，很多算法都只能应对一部分的型号。面对生产线频繁切换型号的应用场景，对一些型号可能是失效的。

发明内容

本发明提供一种通过采样计算谐振腔参数对微波腔体滤波器进行调试的方法，

包括以下步骤：

步骤1、对参考微波腔体滤波器进行数据采集，得到原始参考矩阵

步骤2、对所述原始参考矩阵进行处理得到目标参考矩阵；

步骤3、利用目标参考矩阵对待调试微波腔体滤波器进行调试。

本发明提供的微波腔体滤波器调试方法简化微波腔体滤波器辅助调试的计算复杂度，降低对产品一致性的要求，简化前端的加工组装的要求，适应生产中需要频繁切换型号的场景，本算法能够在最快的时间完成切换，不会影响生产进度，适用性强。

附图说明

图1是本发明实施例的微波腔体滤波器的拓扑结构图；

图2是本发明实施例的进行数据采集的设备连接示意图；

具体实施方式

微波腔体滤波器主要由腔体、底座与盖板、调试螺杆和输入输出端口等组成，其拓扑结构如图1所示。其中，腔体包括谐振腔和耦合腔。微波腔体滤波器的调试可以大致可以分为两个部分，谐振腔的调试和耦合腔的调试。简单来说，谐振腔的调试是整个调试环节的基础，在完成谐振腔的调试后，再对耦合腔进行微调，即可完成整个调试环节。

由于材料特性、机械偏差和温度漂移等因素对微波腔体滤波器带来的影响，实际生产中，通常在微波腔体滤波器的实物上安装调试螺杆来取代腔体内的谐振杆和耦合杆，以方便调试人员通过改变螺杆的长度来调节谐振腔的频率和腔体间耦合的大小。能够调节谐振腔频率的螺杆称为谐振杆，能够调节腔体间耦合大小的螺杆称为耦合杆。

耦合矩阵是微波腔体滤波器电路的一种表示形式，矩阵中的每一个元素都可以与实际微波滤波器的元件唯一的对应。

本发明提出一种微波腔体滤波器的谐振腔调试方法，包括以下步骤：

步骤1、对参考微波腔体滤波器进行数据采集，得到原始参考矩阵；

在调试前，需要根据待调试微波腔体滤波器选择参考微波腔体滤波器，例如根据待调试的微波腔体滤波器的型号进行选择。

选取若干成品样品作为参考微波腔体滤波器，数量为N。其中，成品样品为已完成人工调试和出厂测试环节，是符合验收标准的微波腔体滤波器产品，将所述N个成品样品作为数据采集的样本产品。

由于绝大多数的微波腔体滤波器是由多个通道组成的，且各个通道之间是独立的。因此，本方法以单一通道为单位，进行数据的采集和计算辅助调试方法。

确认待采集通道后，从所述通道的输入端口开始，对每一个谐振腔对应的调试螺杆进行编号，直至输出端口附近的最后一个谐振腔，谐振杆数量记为M。例如，图1中的谐振杆数量为6。

将参考微波腔体滤波器与矢量网络分析仪进行连接，矢量网络分析仪的PORT1端口连接输入端，PORT2端口连接输出端，矢量网络分析仪通过输入/输出接口连接数据采集装置，在一个实施例中，输出接口是网络接口，数据采集装置中安装有读取数据的软件，如图2所示：

按照编号顺序将控制谐振腔的谐振杆依次向上旋出至螺杆完全退空，每完成一个谐振杆的操作，数据采集装置读出并保存由矢量网络分析仪传输的当前状态的s参数，记为B_ij。

其中，j＝1,2，...，N，表示被采样的样品编号，N是采样的样本数量。i＝0，1，2...，(M-1)，B_0j表示第j个样本的所有谐振杆都未被退空时保存的数据，其他数字表示第j个样本的所对应的编号谐振杆退空时保存的数据，M是谐振杆数量，B_(M-1)j表示第j个样本除了M号谐振杆之外，其他谐振杆都被退空时保存的数据s_11-am、s_11-ph、s_12-am、s_12-ph、s_21-am、s_21-ph、s_22-am和s_22-ph均为数组形式，数组的长度与矢量网络分析仪设置的频率范围和频率间隔决定。例如，频率范围起始点和截止点分别是3GHz和4GHz，频率间隔为2MHz，那么数据采集装置读出并保存的S参数数组长度为501。s_11-am和s_11-ph表示s参数中输入反射系数s11的幅度和相位值，s_12-am和s_12-ph表示s参数中反向传输系数s12的幅度和相位值，s_21-am和s_21-ph表示s参数中正向传输系数s21的幅度和相位值，s_22-am和s_22-ph表示s参数中输出反射系数s22的幅度和相位值。所述s参数即是散射参数，是用来表征微波腔体滤波器频率响应的特征参数。例如，s11表示输入反射系数，s22表示输出反射系数，s12表示反向传输系数，s21表示正向传输系数。

对第1个样本，从编号为1的谐振杆开始数据采集，直至完成最后一个谐振杆，会得到一组矩阵，B₀₁，B₁₁，…，B_(M-1)1，第j个样本对应的样本j参考矩阵为B_j＝[B_0j，B_1j，...，B_(M-1)j]那么该样本的数据采集完成。按照相同的对谐振杆的编号方式和步骤对下一个样品的数据采集过程，直至数量为N的样品都完成采集。所采集的数据形成如下的形式：

步骤2、对所述原始参考矩阵进行处理得到目标参考矩阵；

数据采集完成后，对矩阵B进行降噪处理，得到目标参考矩阵。在一个实施例中，以第二列为例，对应的B1i表示对不同的样品的1#谐振杆退空后得到的数据。以行数N为基础，将对应数值求解行均值，得到行均值矩阵，

在一个具体实施方式中，行均值矩阵作为目标参考矩阵；

步骤3、利用目标参考矩阵对待调试微波腔体滤波器进行调试。

将所述待调试的微波腔体滤波器的所有谐振杆退空，按照与参考滤波器相同的方式对所述待调试滤波器的谐振杆进行编号。腔体滤波器、数据采集设备、矢量网络分析仪的连接方式与图2相同。调试时，对所述待调试滤波器的各谐振杆的操作序号顺序与对各所述参考滤波器的采集顺序相反。首先调试编号为M的谐振杆，即除了M号谐振杆之外，其他谐振杆都被退空时保存的数据，通过所述数据采集装置实时读取当前的s参数数据，记为以将行均值矩阵/>作为目标参考矩阵为例，/>和/>为相同结构的矩阵。将/>中的与/>中的/>两个数组进行相似度计算。可以使用的方法有，相关系数、欧几里得距离或曼哈顿距离等方法进行计算。以相关系数ρ作为相似度的度量为例：

类似的，对和/>的计算能够得到另外7个代表相似度的数值，他们分别是，代表s 11相位上的相似度，/>代表s 12幅度上的相似度，代表s 12相位上的相似度，/>代表s 21幅度上的相似度，代表s21相位上的相似度，/>代表s22幅度上的相似度，代表s22相位上的相似度。这8个相似度值进行累加的和作为调试相似度值，所述调试相似度值可通过数据采集装置反馈给自动调试装置或测试人员。从编号为M的谐振杆开始操作时，从上到下旋进螺杆的过程中，调试相似度值最大值处对应的谐振杆的高度即为该谐振杆的目标位置，进行下一个谐振杆的操作，直至所有谐振杆完成调试。

在另一个实施方式中，可采用欧氏距离的来进行调试。将所述待调试的微波腔体滤波器的所有谐振杆退空，按照与参考滤波器相同的方式对所述待调试滤波器的谐振杆进行编号，首先调试编号为M的谐振杆，即除了M号谐振杆之外，其他谐振杆都被退空时保存的数据，通过所述数据采集装置实时读取当前的s参数数据，记为将/>中的/>与中的/>两个数组进行欧氏距离计算，以欧氏距离d作为两组向量相似度的度量：

采用所述公式1-5，计算能够得到另外7个代表相似度的数值，即代表s11相位上的欧氏距离，/>代表s12幅度上的欧氏距离，/>代表s12相位上的欧氏距离，/>代表s21幅度上的欧氏距离，/>代表s21相位上的欧氏距离，/>代表s22幅度上的欧氏距离，/>代表s22相位上的欧氏距离，上述8个欧氏距离值进行累加的和作为调试参考值，从上到下旋进螺杆的过程中，调试参考值达到最小值处对应的谐振杆的高度即为该谐振杆的目标位置，进行下一个谐振杆的操作，直至所有谐振杆完成调试。

使用本方法进行数据采集后，对数据的处理仅包含求解均值或类似的降噪操作，所需的计算量较小。在使用本方法进行辅助调试的过程中，对有限维度、矩阵大小确认的数据进行基于向量的相似度的计算，是易于计算机实现的。

本方法将微波腔体滤波器的特性以多个维度进行参数化的表示，此外在采集的过程中，以样品数量N作为数据采集的集合，能够克服金属腔体在加工上的不一致性，增强了本方法的实用性。

本方法不局限于某种微波腔体滤波器结构，在使用本方法进行调试时，所有的数据都来源于被采样产品本身，没有和其设计结构所绑定，因此，在实际使用场景，不同型号的切换都是适用的。

本发明以上的装置和方法可以由硬件实现，也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序，当该程序被逻辑部件所执行时，能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件，或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质，如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。

以上结合具体的实施方式对本发明进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本发明保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本发明的精神和原理对本发明做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本发明的范围内。

Claims (1)

1.一种腔体滤波器调试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、对参考微波腔体滤波器进行数据采集，得到原始参考矩阵；

步骤2、对所述原始参考矩阵进行处理得到目标参考矩阵；

步骤3、利用目标参考矩阵对待调试微波腔体滤波器进行调试；

所述步骤1包括：

按照编号顺序将控制谐振腔的谐振杆依次向上旋出至螺杆完全退空，每完成一个谐振杆的操作，数据采集装置读出并保存由矢量网络分析仪传输的当前状态的s参数，记为B_ij

其中，j＝1，2，...，N，表示被采样的样品编号，N是采样的样本数量

i＝0，1，2...，(M-1)，B_0j表示第j个样本的所有谐振杆都未被退空时保存的数据，其他数字表示第j个样本的所对应的编号谐振杆退空时保存的数据，M是谐振杆数量，B_(M-1)j表示第j个样本除了M号谐振杆之外，其他谐振杆都被退空时保存的数据，

s_11-am和s_11-ph表示s参数中输入反射系数s11的幅度和相位值，s_12-am和s_12-ph表示s参数中反向传输系数s12的幅度和相位值，s_21-am和s_21-ph表示s参数中正向传输系数s21的幅度和相位值，s_22-am和s_22-ph表示s参数中输出反射系数s22的幅度和相位值；

对第1个样本，从编号为1的谐振杆开始数据采集，直至完成最后一个谐振杆，会得到一组矩阵，B₀₁，B₁₁，…，B_(M-1)1，按照相同的对谐振杆的编号方式和步骤对下一个样品的数据采集过程，直至数量为N的样品都完成采集，所采集的数据形成如下的形式：

对每一个谐振腔对应的调试螺杆进行编号，直至输出端口附近的最后一个谐振腔，谐振杆数量记为M；

所述步骤2包括：以行数N为基础，将对应数值求解行均值得到行均值矩阵，

将行均值矩阵作为目标参考矩阵；

步骤3包括：

将所述待调试的微波腔体滤波器的所有谐振杆退空，按照与参考滤波器相同的方式对所述待调试滤波器的谐振杆进行编号，首先调试编号为M的谐振杆，即除了M号谐振杆之外，其他谐振杆都被退空时保存的数据，通过所述数据采集装置实时读取当前的s参数数据，记为将/>中的/>与/>中的/>两个数组进行欧氏距离计算，以欧氏距离d作为两组向量相似度的度量：

采用所述公式1-5，计算能够得到另外7个代表相似度的数值，即代表s11相位上的欧氏距离，/>代表s12幅度上的欧氏距离，/>代表s12相位上的欧氏距离，/>代表s21幅度上的欧氏距离，/>代表s21相位上的欧氏距离，/>代表s22幅度上的欧氏距离，/>代表s22相位上的欧氏距离，上述8个欧氏距离值进行累加的和作为调试参考值，从上到下旋进螺杆的过程中，调试参考值达到最小值处对应的谐振杆的高度即为该谐振杆的目标位置，进行下一个谐振杆的操作，直至所有谐振杆完成调试。