[发明专利]一种用于毫米波的波导型的相位标准器的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及波导型的相位标准器的设计技术领域，特别涉及一种用于毫米波的波导型的相位标准器的设计方法。

背景技术

应用中，为了精确测量厘米波或毫米波的相位，通常采用相位标准器对厘米波或毫米波的相位进行定标。现有技术中，相位标准器通常采用横截面为矩形的长直波导来传输厘米波或毫米波。实际应用中，相位标准器的波导长度一般为厘米波或毫米波的波长的10倍左右。

如图1所示，现有技术的用于厘米波的相位标准器包括波导1和两个法兰2，两个法兰2分别固定于波导1的两端。波导1的横截面呈矩形，其内部中空（图中未示出）。由图1可以看出，波导1的长度l远大于其宽度a，即波导1的长度l与宽度a的比值较大。对该种用于厘米波的相位标准器来说，加工公差相对于波导1的宽度a来说可以忽略不计，故即加工公差对其性能影响很小。因此，采用上述相位标准器对厘米波的相位进行定标时，相位的实际测量值与标准值吻合的很好，故对厘米波相位定标的准确度较高。

现有技术中，用于毫米波的相位标准器与用于厘米波相位标准器的结构基本相同，二者的区别是用于毫米波的相位标准器的波导的宽度仅有几个毫米。在这种情况下，加工公差相对于波导的宽度不能再忽略不计。但是，现有技术的用于毫米波的相位标准器，加工时并不考虑加工公差对波导宽度的影响，进而忽略加工公差对其性能的影响。这导致采用现有技术的用于毫米波的相位标准器对毫米波的相位进行定标时，相位的实际测量值与标准值的偏差很大，故对毫米波相位定标的准确度较低。例如，对于2mm频段的毫米波，相位标准器的波导长度为2.5cm，在这种情况下，波导宽度的5μm的加工公差将导致相位值在220GHz上产生近20°的偏差。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种用于毫米波的波导型的相位标准器的设计方法。

本发明提供的用于毫米波的波导型的相位标准器的设计方法包括如下步骤：

确定毫米波由波导的一端传输到其另一端时毫米波的相位变化量与该波导的长度、以及在波导中传输的毫米波的波长的关系式；

确定在波导中传输的毫米波的波长与毫米波的频率、以及波导的截至频率的关系式；

确定毫米波由波导的一端传输到其另一端时毫米波的相位变化量与波导的长度、毫米波的频率、以及波导的截至频率的关系式；

确定波导的长度大于或等于波导正常工作时在该波导中能够传输的毫米波的最大波长，以保证所述相位校准器能够校准的相位范围为0-2π弧度；

确定毫米波由波导的一端传输到其另一端时毫米波的相位变化量与波导的长度、毫米波的频率、以及波导的截止波长的关系式；

确定毫米波由波导的一端传输到其另一端时毫米波的相位变化量与波导的长度、毫米波的频率、以及波导的宽度的关系式；

确定毫米波由波导的一端传输到其另一端时毫米波的相位变化量与波导的长度、在空气中传输的毫米波的波长、以及波导的宽度的关系式；

求偏导得到由波导的宽度的加工公差导致的毫米波的相位偏差与波导的宽度的加工公差、波导的长度、波导的宽度、以及在空气中传输的毫米波的波长的关系式；

由波导的宽度、波导的宽度的加工公差、在空气中传输的毫米波的波长、以及实际应用允许的相位偏差计算确定用于毫米波的相位标准器的波导的长度。

优选地，毫米波由波导的一端传输到其另一端时毫米波的相位变化量与该波导的长度、以及在波导中传输的毫米波的波长的关系式为：

其中，为毫米波由波导的一端传输到其另一端时毫米波的相位变化量；l为波导的长度；λ_g为在波导中传输的毫米波的波长。

优选地，在波导中传输的毫米波的波长与毫米波的频率、以及波导的截至频率的关系式为：

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