[发明专利]用于微波大信号状态下微波网络多参数测量的阻抗调配器

说明书

技术领域

本发明属于测试技术领域，涉及一种用于微波大信号状态下微波网络多参数测量的阻抗调配器。

背景技术

微波网络(含微波器件、部件、传输线等)的特性定义与测试在一般小信号的应用场合往往可以近似为线性问题，采用频域“黑箱”理论的小信号S参数(即散射参数)或基于此法进行参数推导的表征和测量就可以取得比较满意的结果；但是在大信号状态下，微波网络的特性定义与测试问题无法以近似线性化处理，需要准确表征和测量实际工作状态下的性能特征参数，以解决微波网络在设计与工程应用中制约设备性能的日益突出的非线性问题。

目前，在微波大信号状态下微波网络性能参数测试方面，主要有小信号S参数与直流V-I测试推算法、双源Hot S22测试法和开槽测量线测试法几种方案。

小信号S参数与直流V-I测试推算法是基于矢量网络分析技术首先进行微波网络的小信号S参数测量，在该种测试推算法中，大信号S参数是利用小信号S参数和直流V-I特性的测试数据通过仿真匹配和近似推算获取的计算值，测试过程繁琐且工作量大，对于微波网络(如功率放大器)在大信号状态下的真实输出反射系数/阻抗参数无法准确获得，最为重要的是由于没有考虑真实状态下的限制条件给予补偿和修正，因此得出结果的误差较大。

双源Hot S22测试法主要针对的是微波网络(尤其是功率放大器)在大信号状态下的输出反射系数/阻抗的参数测量，这种测试方法在双源工作频率、承受功率以及测试应用(其特点是对功率放大器进行Hot S22测试)等方面仍存在着受到矢量网络分析仪本身的限制，不能以灵活的方式很好地解决大信号状态下微波网络的多参数直接测量的问题。

开槽测量线测试法是在同轴线或波导宽壁上开一纵向狭槽，探针与滑行座构成一个支路，通过探针插入槽内，并与主传输线耦合。在此种测试法中，由于其依靠的是探针沿开槽段滑行检测线体中的电场分布以测量电压驻波比，而滑行传动机构导致探针耦合的不规则变化，因此开槽测量线的剩余反射、探针加载不平稳以及检波与指示的非线性所导致的测量误差属于固有缺陷的制约，使得测量准确度受到限制。

发明内容

本发明提供一种用于微波大信号状态下微波网络多参数测量的阻抗调配器，可实现最大反射系数模值达0.875且重复性优于40dB的精确阻抗调配。

本阻抗调配器整机主要由并联于平板同轴传输线上的导纳滑块构成的微波主体、控制单元、显示单元、按键、驱动单元、光电检测反馈单元、外控计算机、标准外控接口及精密机械传动部分组成，控制单元通过标准外控接口与外控计算机相接，显示单元、按键与控制单元相接，控制单元还接光电反馈检测单元及驱动单元，驱动单元与精密机械传动部分控制微波主体中导纳滑块的位移。

所述的精密机械传动部分由精密步进电机和齿轮/螺旋精密机械传动部分构成，精密步进电机包括水平方向电机与垂直方向电机，水平方向电机通过两级齿轮传动与一级螺旋传动控制微波主体中导纳滑块的水平方向位移；垂直方向电机通过螺旋传动控制微波主体中导纳滑块的垂直方向位移。

所述的控制单元由微处理器、可编程逻辑阵列构成；所述的驱动单元为电机驱动器；所述的光电检测反馈单元由水平方向位移编码器、垂直方向位移编码器、水平位置传感器及垂直位置传感器构成，控制单元中微处理器通过通讯接口与外控计算机相接，微处理器与驱动单元、可编程逻辑阵列、显示单元及按键相接，微处理器通过可编程逻辑阵列接收由水平方向位移编码器、垂直方向位移编码器、水平位置传感器及垂直位置传感器发来的导纳滑块位置信息，微处理器通过电机驱动器控制精密机械传动部分水平方向电机与垂直方向电机。

微波同轴传输线传输的是TEM波，其在横截面内有与静电场类似的图形，因此可以利用保角变换法选取正切函数实现圆柱同轴线到平板同轴传输线的变换。据此，根据复变函数的保角变换原理，将同轴线外导体上下对称的切开再向上下两个方向拉到无限远变成平行的平板，内导体与此相应地变成椭圆形截面，就形成平板同轴传输线的结构设计方案。

对于导纳滑块，其等效为平板同轴传输线上并联的电纳元件，此导纳滑块在平板同轴传输线上沿水平和垂直方向进行移动就可以改变其导纳值，实现支节输入端口视在阻抗的变换和调配。

本发明中微波主体部分是实现大范围调配阻抗的基础，根据并联支节调配阻抗的原理，通过控制微波主体中跨接于平板同轴传输线上的导纳滑块进行水平和垂直方向的受控的精密微小位移从而实现阻抗的大范围调配。