本發(fā)明涉及微波電真空器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種用于回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的場(chǎng)分布測(cè)試系統(tǒng)及其測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

回旋行波管是一種將輸入的微波信號(hào)進(jìn)行放大的電真空器件，具有大功率、寬帶寬和高增益的特點(diǎn)，已廣泛用于電子對(duì)抗、雷達(dá)系統(tǒng)和高速無(wú)線通訊領(lǐng)域?；匦胁ü苡捎谄涓哳l結(jié)構(gòu)具有全金屬結(jié)構(gòu)、競(jìng)爭(zhēng)模式較少、功率容量大等特點(diǎn)，已成為100GHz以上頻段具有應(yīng)用前景的微電真空器件之一。

回旋行波管這種高增益放大器件，由于功率和帶寬的性能要求，對(duì)輸入輸出耦合結(jié)構(gòu)的要求較高，希望在耦合結(jié)構(gòu)處實(shí)現(xiàn)阻抗匹配、減少損耗、保證耦合模式純度、實(shí)現(xiàn)寬帶信號(hào)耦合，因此需要對(duì)耦合結(jié)構(gòu)的模式進(jìn)行測(cè)試，而模式的表征最好是將場(chǎng)分布測(cè)試出來(lái)。通常在低頻段時(shí)，耦合結(jié)構(gòu)尺寸較大，可以采用細(xì)探針的方法來(lái)對(duì)場(chǎng)分布進(jìn)行測(cè)試，但是到了大于100GHz以上的太赫茲頻段，耦合結(jié)構(gòu)的尺寸減小，探針對(duì)場(chǎng)分布的影響已經(jīng)無(wú)法忽略，需要考慮新的方法來(lái)進(jìn)行場(chǎng)分布測(cè)試。

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第54所王玖珍高級(jí)工程師(王玖珍，薛正輝編著，天線測(cè)量實(shí)用手冊(cè)，人民郵電出版社，2013年1月出版)在著作中就很好地闡述了近場(chǎng)測(cè)試的方法及測(cè)量帶來(lái)的誤差等，為天線設(shè)計(jì)和測(cè)量提供了很好的參考。但是文中對(duì)僅是粗放的介紹了天線的近場(chǎng)測(cè)試及方法，未考慮在高頻率后，近距離條件下天線近場(chǎng)測(cè)量對(duì)場(chǎng)分布的影響，且未考慮在模式較高的條件下，對(duì)于小尺寸待測(cè)耦合結(jié)構(gòu)的場(chǎng)分布測(cè)量，而且書(shū)中僅給出了18GHz以下的測(cè)試數(shù)據(jù)。

頻率在100GHz以上的回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有現(xiàn)成的場(chǎng)分布測(cè)試系統(tǒng)可以測(cè)試耦合結(jié)構(gòu)的輸出場(chǎng)分布，嚴(yán)重制約了頻率大于100GHz以上的回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。因此需要對(duì)耦合結(jié)構(gòu)變換后的場(chǎng)分布進(jìn)行測(cè)量及判定，使其應(yīng)用到回旋行波管加工和制造中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是解決至少上述問(wèn)題和/或缺陷，并提供至少后面將說(shuō)明的優(yōu)點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種用于回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的場(chǎng)分布測(cè)試系統(tǒng)，包括：

用于發(fā)射微波信號(hào)的信號(hào)源；

以及依次設(shè)置在信號(hào)源的微波信號(hào)發(fā)射方向的待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)、波導(dǎo)探針、標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)和功率計(jì)；

其中，將波導(dǎo)探針、標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)和功率計(jì)放置在三維調(diào)節(jié)平臺(tái)上，調(diào)節(jié)三維調(diào)節(jié)平臺(tái)以實(shí)現(xiàn)功率值的調(diào)節(jié)，進(jìn)而對(duì)功率值和三維調(diào)節(jié)平臺(tái)的位置信息進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)處理，得到待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)場(chǎng)分布圖。

優(yōu)選的是，所述待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的輸入端與信號(hào)源的微波信號(hào)輸出端連接；所述波導(dǎo)探針的輸入端抵近所述待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的輸出端；所述標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)的輸入端與波導(dǎo)探針的輸出端連接；所述功率計(jì)的測(cè)試信號(hào)的輸入端與標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)的輸出端連接。

優(yōu)選的是，所述連接均采用法蘭連接。

優(yōu)選的是，所述波導(dǎo)探針為一具有梯形體金屬輸入端部的結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的是，所述波導(dǎo)探針的梯形體金屬輸入端與待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的輸出端的抵近距離為1～2mm。

優(yōu)選的是，所述待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)為具有開(kāi)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的模式變換結(jié)構(gòu)；所述開(kāi)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的模式變換結(jié)構(gòu)的開(kāi)場(chǎng)輻射面為微波信號(hào)的輻射方向。

優(yōu)選的是，所述標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)的波導(dǎo)尺寸為1.651mm×0.826mm，測(cè)量頻率范圍為110GHz～170GHz。

本發(fā)明還提供一種利用上述的用于回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的場(chǎng)分布測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試的方法，包括以下步驟：

步驟一、將待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的輸入端與信號(hào)源的輸出端連接；并將待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的輸出端輻射口水平放置；

步驟二、將波導(dǎo)探針的輸入端置于距離待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的輸出端輻射口1～2mm處；將波導(dǎo)探針輸出端的法蘭端與標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)的輸入端連接；標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)的輸出端與功率計(jì)的探頭波導(dǎo)口連接；

步驟三、將波導(dǎo)探針、標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)和功率計(jì)探頭水平置于三維調(diào)節(jié)平臺(tái)上；

步驟四、對(duì)功率計(jì)進(jìn)行通電、預(yù)熱、清零之后，開(kāi)啟信號(hào)源，移動(dòng)調(diào)節(jié)三維調(diào)節(jié)平臺(tái)的三維位置，記錄下三維調(diào)節(jié)平臺(tái)的位置信息及功率計(jì)的功率值，利用三維調(diào)節(jié)平臺(tái)的位置信息和功率計(jì)的功率值，將回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的輸出輻射口的場(chǎng)分布情況進(jìn)行描繪，得到待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)場(chǎng)分布圖。

優(yōu)選的是，所述三維調(diào)節(jié)平臺(tái)的位置信息與功率計(jì)的功率值信息通過(guò)MATLAB軟件直接將輻射口的場(chǎng)分布通過(guò)圖形進(jìn)行描繪，并直接反映出回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)在輻射口位置的場(chǎng)分布信息。

優(yōu)選的是，所述連接均采用法蘭連接；所述待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)為具有開(kāi)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的模式變換結(jié)構(gòu)；所述開(kāi)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的模式變換結(jié)構(gòu)的開(kāi)場(chǎng)輻射面為微波信號(hào)的輻射方向；所述波導(dǎo)探針為一具有梯形體金屬輸入端部的結(jié)構(gòu)；所述標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)的波導(dǎo)尺寸為1.651mm×0.826mm，測(cè)量頻率范圍為110GHz～170GHz。。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：本發(fā)明能夠在110GHz至170GHz頻率范圍內(nèi)，測(cè)量得到回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的場(chǎng)分布情況，能夠?qū)︸詈辖Y(jié)構(gòu)進(jìn)行的挑選，滿足回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的場(chǎng)分布測(cè)試要求。這一方法最終在D波段回旋行波管產(chǎn)品研制中獲得應(yīng)用，具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，為推動(dòng)太赫茲系統(tǒng)產(chǎn)品的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明用于回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的場(chǎng)分布測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖2為本發(fā)明所述波導(dǎo)探針的截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明所述待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明所述待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)和波導(dǎo)探針的位置示意圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書(shū)文字能夠據(jù)以實(shí)施。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語(yǔ)并不配出一個(gè)或多個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。

圖1～4示出了一種用于回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的場(chǎng)分布測(cè)試系統(tǒng)，包括：

用于發(fā)射微波信號(hào)的信號(hào)源1；

以及依次設(shè)置在信號(hào)源1的微波信號(hào)發(fā)射方向的待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2、波導(dǎo)探針3、標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)4和功率計(jì)5；

其中，將波導(dǎo)探針3、標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)4和功率計(jì)5放置在三維調(diào)節(jié)平臺(tái)6上，對(duì)功率計(jì)5進(jìn)行通電、預(yù)熱、清零之后，開(kāi)啟信號(hào)源1，移動(dòng)調(diào)節(jié)三維調(diào)節(jié)平臺(tái)6的三維位置，記錄下三維調(diào)節(jié)平臺(tái)6的位置信息及功率計(jì)5的功率值，將三維調(diào)節(jié)平臺(tái)6的位置信息和功率計(jì)5的功率值進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)處理，將回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2的輸出輻射口的場(chǎng)分布情況進(jìn)行描繪，得到待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2場(chǎng)分布圖，其中，波導(dǎo)探針將待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)所輻射出的微波信號(hào)耦合入標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)中，用于后續(xù)測(cè)量信號(hào)的功率值；標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)的作用是用于連接波導(dǎo)探針和功率計(jì)；功率計(jì)的作用是對(duì)耦合入標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)內(nèi)的微波信號(hào)進(jìn)行功率測(cè)量。

在上述技術(shù)方案中，所述待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2的輸入端與信號(hào)源1的微波信號(hào)輸出端連接；所述波導(dǎo)探針3的輸入端抵近所述待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2的輸出端；所述波導(dǎo)探針3的輸出端具有法蘭端部8，其法蘭端部8采用標(biāo)準(zhǔn)的WR6法蘭標(biāo)準(zhǔn)加工，和標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)4的輸入端口緊固連接，以保證耦合信號(hào)的正常傳輸，減少傳輸損耗；所述功率計(jì)5的測(cè)試信號(hào)的輸入端與標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)4的輸出端連接；其中標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)是在參考國(guó)際波導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)尺寸加工而成的，兩端配有法蘭，可以與波導(dǎo)探針3和功率計(jì)5進(jìn)行緊固連接，其波導(dǎo)尺寸為1.651mm×0.826mm。

在上述技術(shù)方案中，所述連接均采用法蘭連接，采用法蘭連接以便微波信號(hào)通過(guò)而不發(fā)生泄漏。

在上述技術(shù)方案中，如圖2所示，所述波導(dǎo)探針3為一具有梯形體金屬輸入端部7的探針結(jié)構(gòu)；采用這種結(jié)構(gòu)可減小金屬端面對(duì)待測(cè)場(chǎng)分布的影響。

在上述技術(shù)方案中，所述波導(dǎo)探針3的梯形體金屬輸入端部7與待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2的輸出端的抵近距離為1～2mm。

在上述技術(shù)方案中，如圖3～4所示，所述待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2的輸入端9采用標(biāo)準(zhǔn)WR6矩形波導(dǎo)的法蘭結(jié)構(gòu)與尺寸，通過(guò)法蘭方式與信號(hào)源緊固連接，以保證信號(hào)源信號(hào)能傳輸?shù)酱郎y(cè)耦合結(jié)構(gòu)當(dāng)中；所述待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2的輸出端10直接將耦合變換后的電磁場(chǎng)直接輻射到自由空間中；將波導(dǎo)探針3、標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)4和功率計(jì)5放置到三維調(diào)節(jié)平臺(tái)6上；將波導(dǎo)探針3的具有梯形體金屬輸入端部7放置在距離待測(cè)場(chǎng)分布耦合結(jié)構(gòu)2的輸出端10水平方向距離為1～2mm距離處；對(duì)所述三維調(diào)節(jié)平臺(tái)6進(jìn)行定值移動(dòng)調(diào)節(jié)，從而測(cè)量耦合入場(chǎng)分布的功率值。

在上述技術(shù)方案中，所述待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2為具有開(kāi)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的模式變換結(jié)構(gòu)；所述開(kāi)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的模式變換結(jié)構(gòu)的開(kāi)場(chǎng)輻射面為微波信號(hào)的輻射方向。

在上述技術(shù)方案中，所述標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)的波導(dǎo)尺寸為1.651mm×0.826mm，測(cè)量頻率范圍為110GHz～170GHz。

本發(fā)明的一種利用所述的用于回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的場(chǎng)分布測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試的方法，包括以下步驟：

步驟一、將待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2，經(jīng)過(guò)清洗、干燥后，與信號(hào)源1通過(guò)WR6法蘭結(jié)構(gòu)采用螺釘緊固連接；并將待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2的輸出端輻射口水平放置；

步驟二、將波導(dǎo)探針3的輸出端與標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)4的輸入端采用螺釘緊固法蘭連接；將標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)4的輸出端與功率計(jì)5的探頭波導(dǎo)口采用螺釘緊固法蘭連接；

步驟三、將波導(dǎo)探針3、標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)4和功率計(jì)5探頭水平置于三維調(diào)節(jié)平臺(tái)6上；移動(dòng)三維調(diào)節(jié)平臺(tái)6保證波導(dǎo)探針3的輸入端與待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2的輸出端10的水平方向的距離為1～2mm；

步驟四、對(duì)功率計(jì)5進(jìn)行通電、預(yù)熱、清零之后，開(kāi)啟信號(hào)源，定值移動(dòng)調(diào)節(jié)三維調(diào)節(jié)平臺(tái)6的三維位置，對(duì)不同位置的波導(dǎo)探針3的耦合功率進(jìn)行測(cè)量，記錄下三維調(diào)節(jié)平臺(tái)6的位置信息及功率計(jì)的功率值，利用水平臺(tái)的位置信息和功率計(jì)的功率值，將回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的輸出輻射口的場(chǎng)分布情況進(jìn)行采用MATLAB軟件進(jìn)行繪圖處理，便可得到待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)場(chǎng)分布圖。

在上述技術(shù)方案中，所述三維調(diào)節(jié)平臺(tái)6的位置信息與功率計(jì)5的功率值信息通過(guò)MATLAB軟件直接將輻射口的場(chǎng)分布通過(guò)圖形進(jìn)行描繪，并直接反映出回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)在輻射口位置的場(chǎng)分布信息。

在上述技術(shù)方案中，所述連接均采用法蘭連接；所述待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)為具有開(kāi)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的模式變換結(jié)構(gòu)；所述開(kāi)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的模式變換結(jié)構(gòu)的開(kāi)場(chǎng)輻射面為微波信號(hào)的輻射方向；所述波導(dǎo)探針為一具有梯形體金屬輸入端部的結(jié)構(gòu)；所述標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)的波導(dǎo)尺寸為1.651mm×0.826mm，測(cè)量頻率范圍為110GHz～170GHz。

在本發(fā)明中，待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2的輸入端口9與信號(hào)源輸出端端口通過(guò)螺釘緊固采用WR6標(biāo)準(zhǔn)法蘭結(jié)構(gòu)連接，待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2的輸出端口10水平放置，以便波導(dǎo)探針3的放置。

在本發(fā)明中，微波信號(hào)從信號(hào)源1發(fā)射出來(lái)，經(jīng)過(guò)待測(cè)回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2的模式變換形成新的場(chǎng)分布結(jié)構(gòu)，在端口10處輻射出來(lái)；再通過(guò)波導(dǎo)探針3耦合入微波信號(hào)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)WR6波導(dǎo)進(jìn)入到功率計(jì)5中，由功率計(jì)可直接讀出該位置的耦合微波信號(hào)功率值；通過(guò)移動(dòng)三維調(diào)節(jié)平臺(tái)6的位置，可以獲取不同位置的微波信號(hào)功率值；同時(shí)記錄下三維調(diào)節(jié)平臺(tái)6的位置信息和不同位置的功率值，可通過(guò)MATLAB直接描繪出輻射口的場(chǎng)分布圖。本發(fā)明的場(chǎng)分布的測(cè)試，可用于測(cè)量其他頻率條件下的，滿足回旋行波管設(shè)計(jì)與研制過(guò)程中所需要的各種回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)。

盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開(kāi)如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明書(shū)和實(shí)施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。