CN117031167A - 一种基于同轴谐振腔的电连接件非线性测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于同轴谐振腔的电连接件非线性测量装置及方法，该装置包括谐振腔主腔体和介质加力杆等；谐振腔主腔体内部中心设置有一体化加工的谐振柱，谐振柱的顶端开设有与可拆卸金属块匹配的工装凹槽，盖板可拆卸连接在谐振腔主腔体上的顶部，且盖板的中心开设有通孔，介质加力杆能够穿过通孔伸入至谐振腔主腔体内。该方法包括同轴腔体工装能够实现更大功率容量和测试电流，同时更换可拆卸金属块和介质加力杆底部金属层的材料可以实现不同接触面的非线性测量。本发明通过步进式位移台实现对介质加力杆的精确控制，保证待测电连接件上的应力大小精确可控并测得PIM及3阶谐波随电连接件位移的变化关系。
Description
技术领域
本发明属于射频无源互调测试技术领域，具体涉及一种基于同轴谐振腔的电连接件非线性测量装置及方法。
背景技术
由于5G通信技术的快速发展，以及未来的6G时代，手机等移动智能终端设备体积越来越小、集成度越来越高。因此在手机等终端产品越做越薄的情形下，产品里的电连接件体积会变得越来越小，内部电磁干扰变得越来越严重。而无源互调(Passive InterModulation，PIM)就是电磁干扰中的主要问题。考虑到手机内部电连接件体积小，PIM测试无法按照传统微波部件测试方法开展，因此需要搭建针对这一特殊应用场景下的电连接件非线性参数测试平台，这有利于提高PIM性能评估准确性，缩短研发、检测、调试周期。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的手机电连接件非线性参数测试技术问题，提供了一种基于同轴谐振腔的电连接件非线性测量装置及方法。该装置通过步进式位移台实现对介质加力杆的准确控制，保证施加在待测电连接件上的应力大小精确且可控。另外，介质加力杆底部的金属材料与可拆卸谐振柱顶部表面材料可以根据小型电连接件的实际应用场景进行相应材料的替换，实现各种可能工作环境中更为准确且符合实际物理场景的实验测试，如金属-金属、金属-导电胶、导电胶-泡棉等。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种基于同轴谐振腔的电连接件非线性测量装置，包括谐振腔主腔体、盖板、可拆卸金属块、介质加力杆、介质杆底部金属层、输入端馈电探针和输出端馈电探针；
谐振腔主腔体内部中心设置有一体化加工的谐振柱，谐振柱的顶端开设有与可拆卸金属块匹配的工装凹槽，盖板可拆卸连接在谐振腔主腔体上的顶部，且盖板的中心开设有通孔，介质加力杆能够穿过通孔伸入至谐振腔主腔体内，介质加力杆的伸入端设置有介质杆底部金属层；输入端馈电探针和输出端馈电探针分别设置在谐振腔主腔体外部相对的两个侧面上。
本发明进一步的改进在于，谐振腔主腔体为铝合金材质，表面镀有1～2μm的银薄膜，且长宽高分别为110mm、110mm及76mm。
本发明进一步的改进在于，盖板的正中心根据待测手机电连接件尺寸大小，开设有直径范围在3～6mm的通孔，盖板厚度为6mm。
本发明进一步的改进在于，可拆卸金属块高度为5～8mm，装载于谐振柱上方。
本发明进一步的改进在于，根据测试频段的要求腔内谐振柱的总高度范围在45～70mm。
本发明进一步的改进在于，介质加力杆的直径范围是3～5mm，长度大于20mm。
本发明进一步的改进在于，输入端馈电探针和输出端馈电探针的设置高度在14～18mm，馈电端口采用DIN头，内导体长度大于50mm，保证电接触的可靠性。
一种基于同轴谐振腔的电连接件非线性测量方法，该方法基于所述的一种基于同轴谐振腔的电连接件非线性测量装置，包括以下步骤：
1)将待测电连接件加载至可拆卸金属块中心位置处，并将其装载至谐振柱顶部；
2)将输入端馈电探针和输出端馈电探针与非线性参数测试系统连接，并且将介质加力杆与步进位移台连接从盖板顶部通孔处向下伸入谐振腔主腔体内部；
3)通过控制位移台，实现对待测电连接件的加力处理，介质加力杆向下垂直移动，直到介质杆底部金属层与待测电连接件接触开始记录数据，此时，待测电连接件受力发生形变，即可通过频谱仪测得位移/应力大小所对应的无源互调值的大小以及相应3阶谐波的大小。
本发明至少具有以下有益的技术效果：
本发明提供的一种基于同轴谐振腔的电连接件非线性测量装置，适用范围广，对小体积电连接件的几何拓扑结构没有硬性要求，相比于传统微带工装测试流经待测电连接件的电流更大，对施加在待测电连接件上的应力大小更加灵敏。同时腔体部件具有更高的功率容量和可靠性。可拆卸谐振柱顶部材料以及介质加力杆底部材料层的加工周期短，成本低廉，有利于大量样本以及各类实际应用环境的测试。这种针对小型电连接件非线性问题无源互调测试的同轴谐振腔装置为产品线中的电连接件的非线性问题提供了准确可信的数据支撑，有利于提高产品的可靠性与合格率。
本发明提供的一种基于同轴谐振腔的电连接件非线性测量方法，该方法基于同轴腔体进行非线性测量工装结构更为坚固，在进行加力操作过程中能够保证力的大小和方向，测试精度更高。此外，通过更换介质加力杆底部金属层和可拆卸金属块的表面材料能够模拟待测电连接件在实际工作环境中的各类接触界面，不单单只是金属-待测件-金属这一单一测试条件，能够获取更贴近实际工程环境的测试结果。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图。
图2为本发明装置结构的剖视图。
图3为本发明中建议的电连接件非线性参数测试的系统框架示意图。
图4为基于本发明装置及方法所测电连接件PIM测试结果示意图。
图5为基于本发明装置及方法所测电连接件3阶谐波测试结果示意图。
附图标记说明：
1、谐振腔主腔体，2、盖板，3、可拆卸金属块，4、介质加力杆，5、介质杆底部金属层，6、输入端馈电探针，7、输出端馈电探针，8、谐振柱。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1和图2所示，本发明提供的一种基于同轴谐振腔的电连接件非线性测量装置，包括谐振腔主腔体1、盖板2、可拆卸金属块3、介质加力杆4、介质杆底部金属层5、输入端馈电探针6和输出端馈电探针7；谐振腔主腔体1内部中心设置有一体化加工的谐振柱8，谐振柱8的顶端开设有与可拆卸金属块3匹配的工装凹槽，盖板2可拆卸连接在谐振腔主腔体1上的顶部，且盖板2的中心开设有通孔，介质加力杆4能够穿过通孔伸入至谐振腔主腔体1内，介质加力杆4的伸入端设置有介质杆底部金属层5；输入端馈电探针6和输出端馈电探针7分别设置在谐振腔主腔体1外部相对的两个侧面上。
本发明的测试装置为同轴谐振腔式的腔体部件，易于加工并且在测试过程中具备较高的抗干扰能力。介质加力杆和谐振柱测试平台能够有效地为待测电连接件实现工程应用环境中不同应力大小以及各种接触面条件。紧凑牢固的腔体结构能够保证被激发出的非线性问题是由待测电连接件与加力杆接触所产生的接触非线性，排除其他可能的非线性问题干扰。可替换的谐振柱结构能够灵活调节测试频段，并且能够实现测试接触面的多种组合。另外，同轴谐振腔作为测试平台具备测试频率稳定、流经待测电连接件电流大、两个端口之间耦合高的特点。
本发明采用如下技术方案来实现测试过程，具体实施过程包括以下步骤：
1)安装及校准：完成输入/输出端馈电探针6和7、可拆卸金属块3与谐振腔主体1安装，利用矢量网络分析仪测试装置S参数，确保谐振腔工作频点及回波损耗满足测试条件。当装置在935～960MHz内回波损耗在-15dB以下时校准完成。
2)待测材料更换：测试前先将待测电连接件固定(焊接、粘贴等)在可拆卸金属块3中心位置处，保证介质加力杆4从盖板2中心位置向下移动加力时能够较为均匀地施加在待测件上；
3)接触材料更换：可拆卸金属块3与介质加力杆底部金属层5都可以根据特定应用场景需求进行相应材料的改变，故根据待测电连接件的工程应用场景对两者进行对应材料的更换，以获取不同条件下PIM及谐波随应力大小的变化规律。
4)测试PIM及谐波：利用步进式位移台将介质加力杆4从盖板2中心开口处开始向下移动，随着向下位移的增加，介质加力杆底部金属层5与待测电连接件接触，此时测力计示数开始变化ΔF。当ΔF变化达到待测电连接件形变极限时停止，并开始缓慢抬升介质加力杆，直到ΔF不再变化停止测试。这样可测得电连接件的非线性问题随应力增大与应力减小的两条变化曲线，以检测待测电连接件的可靠性。
5)重复2)和4)，根据测试需求视情况判断是否需要进行3)，测试完所有待测材料。
实施例
图3给出的是电连接件非线性参数测试的系统框图，其中载波依次经过功率放大器、合路器和双工器传递到待测电连接件上，被激励出的互调波信号一部分被大功率负载吸收，另一部分反射回频谱仪中。基波功率均为30dBm，频率为935&960MHz，PIM底噪为-125dBm，谐波底噪为-130dBm。
先将待测电连接件搭载于(焊接或粘贴等操作)可拆卸金属块中心3位置。然后，根据测试所需环境选取对应的接触面，将其按照介质加力杆4直径尺寸进行裁剪并固定在加力杆底部。将介质加力杆4固定在位移台上，穿过盖板2中心通孔后便可开始测试。介质加力杆4通过位移台不断向下，直至接触待测电连接件，此时位移台上示力计出现示数，记录力的大小与位移值作为基准，记录此时的PIM和谐波大小。继续转动位移台使得加力杆向下对待测电连接件加力，经过固定步长后记录数据，直至力的示数接近待测电连接的受力极限停止。
根据上述测试方法的实施步骤便可获取待测电连接件的PIM及谐波大小，结果如图4和图5所示。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种基于同轴谐振腔的电连接件非线性测量装置，其特征在于，包括谐振腔主腔体(1)、盖板(2)、可拆卸金属块(3)、介质加力杆(4)、介质杆底部金属层(5)、输入端馈电探针(6)和输出端馈电探针(7)；
谐振腔主腔体(1)内部中心设置有一体化加工的谐振柱(8)，谐振柱(8)的顶端开设有与可拆卸金属块(3)匹配的工装凹槽，盖板(2)可拆卸连接在谐振腔主腔体(1)上的顶部，且盖板(2)的中心开设有通孔，介质加力杆(4)能够穿过通孔伸入至谐振腔主腔体(1)内，介质加力杆(4)的伸入端设置有介质杆底部金属层(5)；输入端馈电探针(6)和输出端馈电探针(7)分别设置在谐振腔主腔体(1)外部相对的两个侧面上。
2.根据权利要求1所述的一种基于同轴谐振腔的电连接件非线性测量装置，其特征在于，谐振腔主腔体(1)为铝合金材质，表面镀有1～2μm的银薄膜，且长宽高分别为110mm、110mm及76mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于同轴谐振腔的电连接件非线性测量装置，其特征在于，盖板(2)的正中心根据待测手机电连接件尺寸大小，开设有直径范围在3～6mm的通孔，盖板(2)厚度为6mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于同轴谐振腔的电连接件非线性测量装置，其特征在于，可拆卸金属块(3)高度为5～8mm，装载于谐振柱(8)上方。
5.根据权利要求1所述的一种基于同轴谐振腔的电连接件非线性测量装置，其特征在于，根据测试频段的要求腔内谐振柱(8)的总高度范围在45～70mm。
6.根据权利要求1所述的一种基于同轴谐振腔的电连接件非线性测量装置，其特征在于，介质加力杆(4)的直径范围是3～5mm，长度大于20mm。
7.根据权利要求1所述的一种基于同轴谐振腔的电连接件非线性测量装置，其特征在于，输入端馈电探针(6)和输出端馈电探针(7)的设置高度在14～18mm，馈电端口采用DIN头，内导体长度大于50mm，保证电接触的可靠性。
8.一种基于同轴谐振腔的电连接件非线性测量方法，该方法基于权利要求1至7中任一项所述的一种基于同轴谐振腔的电连接件非线性测量装置，包括以下步骤：
1)将待测电连接件加载至可拆卸金属块(3)中心位置处，并将其装载至谐振柱(8)顶部；
2)将输入端馈电探针(6)和输出端馈电探针(7)与非线性参数测试系统连接，并且将介质加力杆(4)与步进位移台连接从盖板(2)顶部通孔处向下伸入谐振腔主腔体(1)内部；
3)通过控制位移台，实现对待测电连接件的加力处理，介质加力杆(4)向下垂直移动，直到介质杆底部金属层(5)与待测电连接件接触开始记录数据，此时，待测电连接件受力发生形变，即可通过频谱仪测得位移/应力大小所对应的无源互调值的大小以及相应3阶谐波的大小。
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