CN106124871A - 用于回旋行波管耦合结构的场分布测试系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于回旋行波管耦合结构的场分布测试系统及测试方法，包括：信号源；以及依次设置在信号源的微波信号发射方向的待测回旋行波管耦合结构、波导探针、标准WR6波导和功率计；其中，将波导探针、标准WR6波导和功率计放置在三维调节平台上，调节三维调节平台以实现功率值的调节，进而对功率值和三维调节平台的位置信息进行一一对应处理，得到待测回旋行波管耦合结构场分布图。本发明能够在110GHz至170GHz频率范围内，测量得到回旋行波管耦合结构的场分布情况，能够对耦合结构进行的挑选，满足回旋行波管耦合结构的场分布测试要求。该方法在D波段回旋行波管产品研制中获得应用，具有很强的实际应用价值，为推动太赫兹系统产品的应用奠定了基础。

Description

用于回旋行波管耦合结构的场分布测试系统及其测试方法

技术领域

本发明涉及微波电真空器件技术领域，具体涉及到一种用于回旋行波管耦合结构的场分布测试系统及其测试方法。

背景技术

回旋行波管是一种将输入的微波信号进行放大的电真空器件，具有大功率、宽带宽和高增益的特点，已广泛用于电子对抗、雷达系统和高速无线通讯领域。回旋行波管由于其高频结构具有全金属结构、竞争模式较少、功率容量大等特点，已成为100GHz以上频段具有应用前景的微电真空器件之一。

回旋行波管这种高增益放大器件，由于功率和带宽的性能要求，对输入输出耦合结构的要求较高，希望在耦合结构处实现阻抗匹配、减少损耗、保证耦合模式纯度、实现宽带信号耦合，因此需要对耦合结构的模式进行测试，而模式的表征最好是将场分布测试出来。通常在低频段时，耦合结构尺寸较大，可以采用细探针的方法来对场分布进行测试，但是到了大于100GHz以上的太赫兹频段，耦合结构的尺寸减小，探针对场分布的影响已经无法忽略，需要考虑新的方法来进行场分布测试。

中国电子科技集团公司第54所王玖珍高级工程师(王玖珍，薛正辉编著，天线测量实用手册，人民邮电出版社，2013年1月出版)在著作中就很好地阐述了近场测试的方法及测量带来的误差等，为天线设计和测量提供了很好的参考。但是文中对仅是粗放的介绍了天线的近场测试及方法，未考虑在高频率后，近距离条件下天线近场测量对场分布的影响，且未考虑在模式较高的条件下，对于小尺寸待测耦合结构的场分布测量，而且书中仅给出了18GHz以下的测试数据。

频率在100GHz以上的回旋行波管耦合结构设计时，没有现成的场分布测试系统可以测试耦合结构的输出场分布，严重制约了频率大于100GHz以上的回旋行波管耦合结构的应用。因此需要对耦合结构变换后的场分布进行测量及判定，使其应用到回旋行波管加工和制造中。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于回旋行波管耦合结构的场分布测试系统，包括：

用于发射微波信号的信号源；

以及依次设置在信号源的微波信号发射方向的待测回旋行波管耦合结构、波导探针、标准WR6波导和功率计；

其中，将波导探针、标准WR6波导和功率计放置在三维调节平台上，调节三维调节平台以实现功率值的调节，进而对功率值和三维调节平台的位置信息进行一一对应处理，得到待测回旋行波管耦合结构场分布图。

优选的是，所述待测回旋行波管耦合结构的输入端与信号源的微波信号输出端连接；所述波导探针的输入端抵近所述待测回旋行波管耦合结构的输出端；所述标准WR6波导的输入端与波导探针的输出端连接；所述功率计的测试信号的输入端与标准WR6波导的输出端连接。

优选的是，所述连接均采用法兰连接。

优选的是，所述波导探针为一具有梯形体金属输入端部的结构。

优选的是，所述波导探针的梯形体金属输入端与待测回旋行波管耦合结构的输出端的抵近距离为1～2mm。

优选的是，所述待测回旋行波管耦合结构为具有开场结构的模式变换结构；所述开场结构的模式变换结构的开场辐射面为微波信号的辐射方向。

优选的是，所述标准WR6波导的波导尺寸为1.651mm×0.826mm，测量频率范围为110GHz～170GHz。

本发明还提供一种利用上述的用于回旋行波管耦合结构的场分布测试系统进行测试的方法，包括以下步骤：

步骤一、将待测回旋行波管耦合结构的输入端与信号源的输出端连接；并将待测回旋行波管耦合结构的输出端辐射口水平放置；

步骤二、将波导探针的输入端置于距离待测回旋行波管耦合结构的输出端辐射口1～2mm处；将波导探针输出端的法兰端与标准WR6波导的输入端连接；标准WR6波导的输出端与功率计的探头波导口连接；

步骤三、将波导探针、标准WR6波导和功率计探头水平置于三维调节平台上；

步骤四、对功率计进行通电、预热、清零之后，开启信号源，移动调节三维调节平台的三维位置，记录下三维调节平台的位置信息及功率计的功率值，利用三维调节平台的位置信息和功率计的功率值，将回旋行波管耦合结构的输出辐射口的场分布情况进行描绘，得到待测回旋行波管耦合结构场分布图。

优选的是，所述三维调节平台的位置信息与功率计的功率值信息通过MATLAB软件直接将辐射口的场分布通过图形进行描绘，并直接反映出回旋行波管耦合结构在辐射口位置的场分布信息。

优选的是，所述连接均采用法兰连接；所述待测回旋行波管耦合结构为具有开场结构的模式变换结构；所述开场结构的模式变换结构的开场辐射面为微波信号的辐射方向；所述波导探针为一具有梯形体金属输入端部的结构；所述标准WR6波导的波导尺寸为1.651mm×0.826mm，测量频率范围为110GHz～170GHz。。

本发明至少包括以下有益效果：本发明能够在110GHz至170GHz频率范围内，测量得到回旋行波管耦合结构的场分布情况，能够对耦合结构进行的挑选，满足回旋行波管耦合结构的场分布测试要求。这一方法最终在D波段回旋行波管产品研制中获得应用，具有很强的实际应用价值，为推动太赫兹系统产品的应用奠定了基础。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明：

图1为本发明用于回旋行波管耦合结构的场分布测试系统的结构简图；

图2为本发明所述波导探针的截面结构示意图；

图3为本发明所述待测回旋行波管耦合结构的结构示意图；

图4为本发明所述待测回旋行波管耦合结构和波导探针的位置示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1～4示出了一种用于回旋行波管耦合结构的场分布测试系统，包括：

用于发射微波信号的信号源1；

以及依次设置在信号源1的微波信号发射方向的待测回旋行波管耦合结构2、波导探针3、标准WR6波导4和功率计5；

其中，将波导探针3、标准WR6波导4和功率计5放置在三维调节平台6上，对功率计5进行通电、预热、清零之后，开启信号源1，移动调节三维调节平台6的三维位置，记录下三维调节平台6的位置信息及功率计5的功率值，将三维调节平台6的位置信息和功率计5的功率值进行一一对应处理，将回旋行波管耦合结构2的输出辐射口的场分布情况进行描绘，得到待测回旋行波管耦合结构2场分布图，其中，波导探针将待测回旋行波管耦合结构所辐射出的微波信号耦合入标准WR6波导中，用于后续测量信号的功率值；标准WR6波导的作用是用于连接波导探针和功率计；功率计的作用是对耦合入标准WR6波导内的微波信号进行功率测量。

在上述技术方案中，所述待测回旋行波管耦合结构2的输入端与信号源1的微波信号输出端连接；所述波导探针3的输入端抵近所述待测回旋行波管耦合结构2的输出端；所述波导探针3的输出端具有法兰端部8，其法兰端部8采用标准的WR6法兰标准加工，和标准WR6波导4的输入端口紧固连接，以保证耦合信号的正常传输，减少传输损耗；所述功率计5的测试信号的输入端与标准WR6波导4的输出端连接；其中标准WR6波导是在参考国际波导标准尺寸加工而成的，两端配有法兰，可以与波导探针3和功率计5进行紧固连接，其波导尺寸为1.651mm×0.826mm。

在上述技术方案中，所述连接均采用法兰连接，采用法兰连接以便微波信号通过而不发生泄漏。

在上述技术方案中，如图2所示，所述波导探针3为一具有梯形体金属输入端部7的探针结构；采用这种结构可减小金属端面对待测场分布的影响。

在上述技术方案中，所述波导探针3的梯形体金属输入端部7与待测回旋行波管耦合结构2的输出端的抵近距离为1～2mm。

在上述技术方案中，如图3～4所示，所述待测回旋行波管耦合结构2的输入端9采用标准WR6矩形波导的法兰结构与尺寸，通过法兰方式与信号源紧固连接，以保证信号源信号能传输到待测耦合结构当中；所述待测回旋行波管耦合结构2的输出端10直接将耦合变换后的电磁场直接辐射到自由空间中；将波导探针3、标准WR6波导4和功率计5放置到三维调节平台6上；将波导探针3的具有梯形体金属输入端部7放置在距离待测场分布耦合结构2的输出端10水平方向距离为1～2mm距离处；对所述三维调节平台6进行定值移动调节，从而测量耦合入场分布的功率值。

在上述技术方案中，所述待测回旋行波管耦合结构2为具有开场结构的模式变换结构；所述开场结构的模式变换结构的开场辐射面为微波信号的辐射方向。

在上述技术方案中，所述标准WR6波导的波导尺寸为1.651mm×0.826mm，测量频率范围为110GHz～170GHz。

本发明的一种利用所述的用于回旋行波管耦合结构的场分布测试系统进行测试的方法，包括以下步骤：

步骤一、将待测回旋行波管耦合结构2，经过清洗、干燥后，与信号源1通过WR6法兰结构采用螺钉紧固连接；并将待测回旋行波管耦合结构2的输出端辐射口水平放置；

步骤二、将波导探针3的输出端与标准WR6波导4的输入端采用螺钉紧固法兰连接；将标准WR6波导4的输出端与功率计5的探头波导口采用螺钉紧固法兰连接；

步骤三、将波导探针3、标准WR6波导4和功率计5探头水平置于三维调节平台6上；移动三维调节平台6保证波导探针3的输入端与待测回旋行波管耦合结构2的输出端10的水平方向的距离为1～2mm；

步骤四、对功率计5进行通电、预热、清零之后，开启信号源，定值移动调节三维调节平台6的三维位置，对不同位置的波导探针3的耦合功率进行测量，记录下三维调节平台6的位置信息及功率计的功率值，利用水平台的位置信息和功率计的功率值，将回旋行波管耦合结构的输出辐射口的场分布情况进行采用MATLAB软件进行绘图处理，便可得到待测回旋行波管耦合结构场分布图。

在上述技术方案中，所述三维调节平台6的位置信息与功率计5的功率值信息通过MATLAB软件直接将辐射口的场分布通过图形进行描绘，并直接反映出回旋行波管耦合结构在辐射口位置的场分布信息。

在上述技术方案中，所述连接均采用法兰连接；所述待测回旋行波管耦合结构为具有开场结构的模式变换结构；所述开场结构的模式变换结构的开场辐射面为微波信号的辐射方向；所述波导探针为一具有梯形体金属输入端部的结构；所述标准WR6波导的波导尺寸为1.651mm×0.826mm，测量频率范围为110GHz～170GHz。

在本发明中，待测回旋行波管耦合结构2的输入端口9与信号源输出端端口通过螺钉紧固采用WR6标准法兰结构连接，待测回旋行波管耦合结构2的输出端口10水平放置，以便波导探针3的放置。

在本发明中，微波信号从信号源1发射出来，经过待测回旋行波管耦合结构2的模式变换形成新的场分布结构，在端口10处辐射出来；再通过波导探针3耦合入微波信号，通过标准WR6波导进入到功率计5中，由功率计可直接读出该位置的耦合微波信号功率值；通过移动三维调节平台6的位置，可以获取不同位置的微波信号功率值；同时记录下三维调节平台6的位置信息和不同位置的功率值，可通过MATLAB直接描绘出辐射口的场分布图。本发明的场分布的测试，可用于测量其他频率条件下的，满足回旋行波管设计与研制过程中所需要的各种回旋行波管耦合结构。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种用于回旋行波管耦合结构的场分布测试系统，其特征在于，包括：

用于发射微波信号的信号源；

以及依次设置在信号源的微波信号发射方向的待测回旋行波管耦合结构、波导探针、标准WR6波导和功率计；

其中，将波导探针、标准WR6波导和功率计放置在三维调节平台上，调节三维调节平台以实现功率值的调节，进而对功率值和三维调节平台的位置信息进行一一对应处理，得到待测回旋行波管耦合结构场分布图。

2.如权利要求1所述的用于回旋行波管耦合结构的场分布测试系统，其特征在于，所述待测回旋行波管耦合结构的输入端与信号源的微波信号输出端连接；所述波导探针的输入端抵近所述待测回旋行波管耦合结构的输出端；所述标准WR6波导的输入端与波导探针的输出端连接；所述功率计的测试信号的输入端与标准WR6波导的输出端连接。

3.如权利要求2所述的用于回旋行波管耦合结构的场分布测试系统，其特征在于，所述连接均采用法兰连接。

4.如权利要求2所述的用于回旋行波管耦合结构的场分布测试系统，其特征在于，所述波导探针为一具有梯形体金属输入端部的结构。

5.如权利要求4所述的用于回旋行波管耦合结构的场分布测试系统，其特征在于，所述波导探针的梯形体金属输入端与待测回旋行波管耦合结构的输出端的抵近距离为1～2mm。

6.如权利要求1所述的用于回旋行波管耦合结构的场分布测试系统，其特征在于，所述待测回旋行波管耦合结构为具有开场结构的模式变换结构；所述开场结构的模式变换结构的开场辐射面为微波信号的辐射方向。

7.如权利要求1所述的用于回旋行波管耦合结构的场分布测试系统，其特征在于，所述标准WR6波导的波导尺寸为1.651mm×0.826mm，测量频率范围为110GHz～170GHz。

8.一种利用如权利要求1～7任一项所述的用于回旋行波管耦合结构的场分布测试系统进行测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将待测回旋行波管耦合结构的输入端与信号源的输出端连接；并将待测回旋行波管耦合结构的输出端辐射口水平放置；

步骤二、将波导探针的输入端置于距离待测回旋行波管耦合结构的输出端辐射口1～2mm处；将波导探针输出端的法兰端与标准WR6波导的输入端连接；标准WR6波导的输出端与功率计的探头波导口连接；

步骤三、将波导探针、标准WR6波导和功率计探头水平置于三维调节平台上；

步骤四、对功率计进行通电、预热、清零之后，开启信号源，移动调节三维调节平台的三维位置，记录下三维调节平台的位置信息及功率计的功率值，利用三维调节平台的位置信息和功率计的功率值，将回旋行波管耦合结构的输出辐射口的场分布情况进行描绘，得到待测回旋行波管耦合结构场分布图。

9.如权利要求8所述的利用用于回旋行波管耦合结构的场分布测试系统进行测试的方法，其特征在于，所述三维调节平台的位置信息与功率计的功率值信息通过MATLAB软件直接将辐射口的场分布通过图形进行描绘，并直接反映出回旋行波管耦合结构在辐射口位置的场分布信息。

10.如权利要求8所述的利用用于回旋行波管耦合结构的场分布测试系统进行测试的方法，其特征在于，所述连接均采用法兰连接；所述待测回旋行波管耦合结构为具有开场结构的模式变换结构；所述开场结构的模式变换结构的开场辐射面为微波信号的辐射方向；所述波导探针为一具有梯形体金属输入端部的结构；所述标准WR6波导的波导尺寸为1.651mm×0.826mm，测量频率范围为110GHz～170GHz。