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)的場分布測試系統(tǒng)及其測試方法。

背景技術(shù)：

回旋行波管是一種將輸入的微波信號進行放大的電真空器件，具有大功率、寬帶寬和高增益的特點，已廣泛用于電子對抗、雷達系統(tǒng)和高速無線通訊領(lǐng)域?；匦胁ü苡捎谄涓哳l結(jié)構(gòu)具有全金屬結(jié)構(gòu)、競爭模式較少、功率容量大等特點，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)處實現(xiàn)阻抗匹配、減少損耗、保證耦合模式純度、實現(xiàn)寬帶信號耦合，因此需要對耦合結(jié)構(gòu)的模式進行測試，而模式的表征最好是將場分布測試出來。通常在低頻段時，耦合結(jié)構(gòu)尺寸較大，可以采用細探針的方法來對場分布進行測試，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，探針對場分布的影響已經(jīng)無法忽略，需要考慮新的方法來進行場分布測試。

中國電子科技集團公司第54所王玖珍高級工程師(王玖珍，薛正輝編著，天線測量實用手冊，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測試的方法及測量帶來的誤差等，為天線設(shè)計和測量提供了很好的參考。但是文中對僅是粗放的介紹了天線的近場測試及方法，未考慮在高頻率后，近距離條件下天線近場測量對場分布的影響，且未考慮在模式較高的條件下，對于小尺寸待測耦合結(jié)構(gòu)的場分布測量，而且書中僅給出了18GHz以下的測試數(shù)據(jù)。

頻率在100GHz以上的回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)設(shè)計時，沒有現(xiàn)成的場分布測試系統(tǒng)可以測試耦合結(jié)構(gòu)的輸出場分布，嚴重制約了頻率大于100GHz以上的回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。因此需要對耦合結(jié)構(gòu)變換后的場分布進行測量及判定，使其應(yīng)用到回旋行波管加工和制造中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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

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

用于發(fā)射微波信號的信號源；

以及依次設(shè)置在信號源的微波信號發(fā)射方向的待測回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)、波導探針、標準WR6波導和功率計；

其中，將波導探針、標準WR6波導和功率計放置在三維調(diào)節(jié)平臺上，調(diào)節(jié)三維調(diào)節(jié)平臺以實現(xiàn)功率值的調(diào)節(jié)，進而對功率值和三維調(diào)節(jié)平臺的位置信息進行一一對應(yīng)處理，得到待測回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)場分布圖。

優(yōu)選的是，所述待測回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的輸入端與信號源的微波信號輸出端連接；所述波導探針的輸入端抵近所述待測回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的輸出端；所述標準WR6波導的輸入端與波導探針的輸出端連接；所述功率計的測試信號的輸入端與標準WR6波導的輸出端連接。

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

優(yōu)選的是，所述待測回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)為具有開場結(jié)構(gòu)的模式變換結(jié)構(gòu)；所述開場結(jié)構(gòu)的模式變換結(jié)構(gòu)的開場輻射面為微波信號的輻射方向。

優(yōu)選的是，所述標準WR6波導的波導尺寸為1.651mm×0.826mm，測量頻率范圍為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)的場分布測試系統(tǒng)進行測試的方法，包括以下步驟：

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

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

步驟三、將波導探針、標準WR6波導和功率計探頭水平置于三維調(diào)節(jié)平臺上；

步驟四、對功率計進行通電、預(yù)熱、清零之后，開啟信號源，移動調(diào)節(jié)三維調(diào)節(jié)平臺的三維位置，記錄下三維調(diào)節(jié)平臺的位置信息及功率計的功率值，利用三維調(diào)節(jié)平臺的位置信息和功率計的功率值，將回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的輸出輻射口的場分布情況進行描繪，得到待測回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)場分布圖。

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

優(yōu)選的是，所述連接均采用法蘭連接；所述待測回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)為具有開場結(jié)構(gòu)的模式變換結(jié)構(gòu)；所述開場結(jié)構(gòu)的模式變換結(jié)構(gòu)的開場輻射面為微波信號的輻射方向；所述波導探針為一具有梯形體金屬輸入端部的結(jié)構(gòu)；所述標準WR6波導的波導尺寸為1.651mm×0.826mm，測量頻率范圍為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)，測量得到回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的場分布情況，能夠?qū)︸詈辖Y(jié)構(gòu)進行的挑選，滿足回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的場分布測試要求。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，具有很強的實際應(yīng)用價值，為推動太赫茲系統(tǒng)產(chǎn)品的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說明：

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

圖2為本發(fā)明所述波導探針的截面結(jié)構(gòu)示意圖；

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

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

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

應(yīng)當理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語并不配出一個或多個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)的場分布測試系統(tǒng)，包括：

用于發(fā)射微波信號的信號源1；

以及依次設(shè)置在信號源1的微波信號發(fā)射方向的待測回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2、波導探針3、標準WR6波導4和功率計5；

其中，將波導探針3、標準WR6波導4和功率計5放置在三維調(diào)節(jié)平臺6上，對功率計5進行通電、預(yù)熱、清零之后，開啟信號源1，移動調(diào)節(jié)三維調(diào)節(jié)平臺6的三維位置，記錄下三維調(diào)節(jié)平臺6的位置信息及功率計5的功率值，將三維調(diào)節(jié)平臺6的位置信息和功率計5的功率值進行一一對應(yīng)處理，將回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2的輸出輻射口的場分布情況進行描繪，得到待測回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2場分布圖，其中，波導探針將待測回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)所輻射出的微波信號耦合入標準WR6波導中，用于后續(xù)測量信號的功率值；標準WR6波導的作用是用于連接波導探針和功率計；功率計的作用是對耦合入標準WR6波導內(nèi)的微波信號進行功率測量。

在上述技術(shù)方案中，所述待測回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2的輸入端與信號源1的微波信號輸出端連接；所述波導探針3的輸入端抵近所述待測回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2的輸出端；所述波導探針3的輸出端具有法蘭端部8，其法蘭端部8采用標準的WR6法蘭標準加工，和標準WR6波導4的輸入端口緊固連接，以保證耦合信號的正常傳輸，減少傳輸損耗；所述功率計5的測試信號的輸入端與標準WR6波導4的輸出端連接；其中標準WR6波導是在參考國際波導標準尺寸加工而成的，兩端配有法蘭，可以與波導探針3和功率計5進行緊固連接，其波導尺寸為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通過而不發(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)可減小金屬端面對待測場分布的影響。

在上述技術(shù)方案中，所述波導探針3的梯形體金屬輸入端部7與待測回旋行波管耦合結(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，所述待測回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2的輸入端9采用標準WR6矩形波導的法蘭結(jié)構(gòu)與尺寸，通過法蘭方式與信號源緊固連接，以保證信號源信號能傳輸?shù)酱郎y耦合結(jié)構(gòu)當中；所述待測回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2的輸出端10直接將耦合變換后的電磁場直接輻射到自由空間中；將波導探針3、標準WR6波導4和功率計5放置到三維調(diào)節(jié)平臺6上；將波導探針3的具有梯形體金屬輸入端部7放置在距離待測場分布耦合結(jié)構(gòu)2的輸出端10水平方向距離為1～2mm距離處；對所述三維調(diào)節(jié)平臺6進行定值移動調(diào)節(jié)，從而測量耦合入場分布的功率值。

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

在上述技術(shù)方案中，所述標準WR6波導的波導尺寸為1.651mm×0.826mm，測量頻率范圍為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)的場分布測試系統(tǒng)進行測試的方法，包括以下步驟：

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

步驟二、將波導探針3的輸出端與標準WR6波導4的輸入端采用螺釘緊固法蘭連接；將標準WR6波導4的輸出端與功率計5的探頭波導口采用螺釘緊固法蘭連接；

步驟三、將波導探針3、標準WR6波導4和功率計5探頭水平置于三維調(diào)節(jié)平臺6上；移動三維調(diào)節(jié)平臺6保證波導探針3的輸入端與待測回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2的輸出端10的水平方向的距離為1～2mm；

步驟四、對功率計5進行通電、預(yù)熱、清零之后，開啟信號源，定值移動調(diào)節(jié)三維調(diào)節(jié)平臺6的三維位置，對不同位置的波導探針3的耦合功率進行測量，記錄下三維調(diào)節(jié)平臺6的位置信息及功率計的功率值，利用水平臺的位置信息和功率計的功率值，將回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)的輸出輻射口的場分布情況進行采用MATLAB軟件進行繪圖處理，便可得到待測回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)場分布圖。

在上述技術(shù)方案中，所述三維調(diào)節(jié)平臺6的位置信息與功率計5的功率值信息通過MATLAB軟件直接將輻射口的場分布通過圖形進行描繪，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；所述待測回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)為具有開場結(jié)構(gòu)的模式變換結(jié)構(gòu)；所述開場結(jié)構(gòu)的模式變換結(jié)構(gòu)的開場輻射面為微波信號的輻射方向；所述波導探針為一具有梯形體金屬輸入端部的結(jié)構(gòu)；所述標準WR6波導的波導尺寸為1.651mm×0.826mm，測量頻率范圍為110GHz～170GHz。

在本發(fā)明中，待測回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2的輸入端口9與信號源輸出端端口通過螺釘緊固采用WR6標準法蘭結(jié)構(gòu)連接，待測回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2的輸出端口10水平放置，以便波導探針3的放置。

在本發(fā)明中，微波信號從信號源1發(fā)射出來，經(jīng)過待測回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)2的模式變換形成新的場分布結(jié)構(gòu)，在端口10處輻射出來；再通過波導探針3耦合入微波信號，通過標準WR6波導進入到功率計5中，由功率計可直接讀出該位置的耦合微波信號功率值；通過移動三維調(diào)節(jié)平臺6的位置，可以獲取不同位置的微波信號功率值；同時記錄下三維調(diào)節(jié)平臺6的位置信息和不同位置的功率值，可通過MATLAB直接描繪出輻射口的場分布圖。本發(fā)明的場分布的測試，可用于測量其他頻率條件下的，滿足回旋行波管設(shè)計與研制過程中所需要的各種回旋行波管耦合結(jié)構(gòu)。

盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(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節(jié)和這里示出與描述的圖例。