一種微波網(wǎng)絡(luò)的快速調(diào)試方法

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第54研究所 王 壘 張根會(huì)

一種微波網(wǎng)絡(luò)的快速調(diào)試方法

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第54研究所 王 壘 張根會(huì)

微波網(wǎng)絡(luò)是天饋系統(tǒng)的重要組成部分，微波網(wǎng)絡(luò)的調(diào)試直接影響天線系統(tǒng)的性能。傳統(tǒng)的微波網(wǎng)絡(luò)調(diào)試存在著耗時(shí)長(zhǎng)、一致性差等缺點(diǎn)，特別是面對(duì)批量網(wǎng)絡(luò)調(diào)試任務(wù)時(shí)，要耗費(fèi)大量的人力物力。為了提高產(chǎn)品性能和人員效率，文章以C波段四端口微波網(wǎng)絡(luò)為例，設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用調(diào)試工裝的快速調(diào)試方法，比傳統(tǒng)方法節(jié)省75%的時(shí)間，對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)一致性良好。此調(diào)試方法已經(jīng)在工程應(yīng)用中得到驗(yàn)證，值得推廣到更多的微波網(wǎng)絡(luò)調(diào)試中去。

微波網(wǎng)絡(luò)；調(diào)試方法；調(diào)試工裝；C波段

1 引言

微波網(wǎng)絡(luò)是天饋系統(tǒng)的重要組成部分，其調(diào)試結(jié)果直接影響天線系統(tǒng)的性能。傳統(tǒng)微波網(wǎng)絡(luò)的調(diào)試方法采用試點(diǎn)法：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)分析儀的曲線數(shù)據(jù)把一點(diǎn)的調(diào)配螺釘進(jìn)入一定的深度，再試探其它點(diǎn)位的調(diào)配螺釘對(duì)曲線的影響。此種方法是一個(gè)反復(fù)試驗(yàn)的過(guò)程，耗時(shí)長(zhǎng)。若是四路對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的微波網(wǎng)絡(luò)還需要交換不同的極化鏈路調(diào)試，一致性較差。為了提高生產(chǎn)效率，改善一致性問(wèn)題，通過(guò)HFSS仿真計(jì)算和實(shí)際工程相結(jié)合的方式，提出了調(diào)試工裝這種快速調(diào)試方法。

2 傳統(tǒng)調(diào)試方法

傳統(tǒng)的微波網(wǎng)絡(luò)調(diào)試方法是試點(diǎn)調(diào)試法。首先搭建測(cè)試系統(tǒng)（如圖1），測(cè)試系統(tǒng)搭建完成后根據(jù)反映在標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀（或者矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀）的駐波曲線與隔離曲線對(duì)待測(cè)件進(jìn)行調(diào)試。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)

一般待測(cè)波導(dǎo)器件上會(huì)有一定數(shù)目的調(diào)配螺釘孔，這些調(diào)配螺釘孔以各種數(shù)學(xué)曲線的方式分布在器件上。調(diào)配螺釘進(jìn)入到波導(dǎo)腔體內(nèi)部一定深度，壓縮了腔體內(nèi)的電場(chǎng)，會(huì)改變腔體內(nèi)部電場(chǎng)分布，進(jìn)入腔體的深度不同，對(duì)電場(chǎng)的影響也不同。一個(gè)波導(dǎo)器件上有很多調(diào)配螺釘，要通過(guò)嘗試找到它們之間不同深度最好組合，以達(dá)到電氣性能最優(yōu)。

試點(diǎn)調(diào)試法是根據(jù)反映在標(biāo)量網(wǎng)絡(luò)分析儀上面的駐波曲線和端口隔離度曲線，用專(zhuān)用的工具對(duì)每一個(gè)調(diào)配螺釘孔進(jìn)行試驗(yàn)。如果這一點(diǎn)可以使駐波變好，就將調(diào)配螺釘在此點(diǎn)位進(jìn)入合適的深度，再找到下一個(gè)使電氣性能得到改善的調(diào)配點(diǎn)及其調(diào)配釘深度。以此類(lèi)推，試驗(yàn)所有調(diào)試空位，最終得到一組最優(yōu)的調(diào)配螺釘組合。值得注意的是，在進(jìn)入下一個(gè)調(diào)配點(diǎn)的調(diào)試螺釘時(shí)候，上一個(gè)調(diào)配螺釘對(duì)曲線的作用受到電場(chǎng)擾動(dòng)被改變了，也就是說(shuō)下一個(gè)點(diǎn)進(jìn)入之后，還要改變上一個(gè)點(diǎn)的調(diào)配螺釘深度來(lái)達(dá)到組合的最優(yōu)狀態(tài)。

這種調(diào)試方法是一個(gè)反復(fù)的過(guò)程，耗時(shí)長(zhǎng)。對(duì)于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)要求旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)四路的相位一致性良好，用傳統(tǒng)的方法就需要把不同的兩路交換來(lái)調(diào)試，這樣大大增加了工作量。

3 工裝快速調(diào)試方法

工裝快速調(diào)試方法是以傳統(tǒng)方法的調(diào)配螺釘進(jìn)入深度為參考，結(jié)合HFSS仿真軟件進(jìn)行仿真分析，得出一組最優(yōu)的調(diào)配螺釘組合，再根據(jù)所得數(shù)據(jù)和微波網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際結(jié)構(gòu)來(lái)制作調(diào)試工裝。當(dāng)需要調(diào)試時(shí)候，只需要把調(diào)試工裝放入待調(diào)器件中，將調(diào)配螺釘依次進(jìn)入到調(diào)試工裝的指定位置后進(jìn)行簡(jiǎn)單測(cè)試即可。這種調(diào)試方法的難點(diǎn)在于每個(gè)調(diào)配螺釘進(jìn)入的深度的分析與計(jì)算以及工裝后期制作的工藝和微波網(wǎng)絡(luò)的配合。

3.1 調(diào)配螺釘進(jìn)入深度工程分析

微波網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)微波器件組合在一起的復(fù)雜系統(tǒng)，以C波段四端口線極化網(wǎng)絡(luò)為例，它的組成框圖如圖2所示。

圖2 C波段四端口網(wǎng)絡(luò)組成框圖

此微波網(wǎng)絡(luò)調(diào)試的關(guān)鍵在于分波頭與彎頭濾波器的組合調(diào)試。由于是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，要求四路彎頭濾波器是完全對(duì)稱(chēng)的。根據(jù)傳統(tǒng)調(diào)試方法得到的四路的調(diào)配螺釘進(jìn)入深度如表1。

從表1中可以看出：通路1-4的同一位置的調(diào)配螺釘進(jìn)入的深度是不同的，最大的誤差為3mm。對(duì)于四路對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的微波網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，螺釘進(jìn)入深度不一樣就意味著四路不是完全對(duì)稱(chēng)的，這種不對(duì)稱(chēng)性不會(huì)反應(yīng)到微波網(wǎng)絡(luò)的駐波和端口隔離指標(biāo)，但是對(duì)圓極化微波網(wǎng)絡(luò)的軸比和線極化網(wǎng)絡(luò)的交叉極化卻有非常大的影響，進(jìn)而影響到了天線的整體性能，假如天線有更高的軸比和交叉極化要求，就需要重復(fù)上述復(fù)雜過(guò)程，在兼顧駐波和隔離的情況下提高四路的一致性，對(duì)調(diào)試的要求非常高，同時(shí)所用時(shí)間也會(huì)成倍增長(zhǎng)。

3.2 調(diào)配螺釘進(jìn)入深度的仿真與優(yōu)化

按照?qǐng)D紙中分波頭的實(shí)際尺寸建立仿真模型，把調(diào)配螺釘?shù)纳疃戎翟O(shè)置為變量，且對(duì)稱(chēng)位置的螺釘使用同一深度變量，保證四路的一致性。深度的初始值根據(jù)工程中得到的對(duì)稱(chēng)位置的四路深度數(shù)值取平均。經(jīng)過(guò)HFSS仿真計(jì)算和后期的優(yōu)化，得出一組駐波等指標(biāo)最優(yōu)的結(jié)果，仿真模型與計(jì)算曲線如圖3。

表1 調(diào)配螺釘進(jìn)入深度列表（單位：mm）

圖3 模型與計(jì)算曲線

通過(guò)仿真計(jì)算得到一組最優(yōu)的調(diào)配螺釘深度組合。按照上述組合，把調(diào)配螺釘進(jìn)入到指定深度。測(cè)試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合，各種指標(biāo)均滿足。

4 工裝制作

調(diào)試工裝的制作是根據(jù)濾波器的結(jié)構(gòu)和調(diào)配螺釘?shù)倪M(jìn)入深度加工制作的?？紤]到濾波器為腔體結(jié)構(gòu)，調(diào)配螺釘進(jìn)入深度的不連續(xù)性，調(diào)試工裝采用分體結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能夠有效控制調(diào)試工裝的定位，可以在安裝完調(diào)配螺釘后順利快速取出調(diào)試工裝。

按照上述思路和方法，我們制作了彎波導(dǎo)濾波器與圓波導(dǎo)移相器的調(diào)試工裝，實(shí)物如圖4。應(yīng)用調(diào)試工裝的器件經(jīng)過(guò)測(cè)試后的曲線與仿真結(jié)果吻合，達(dá)到了預(yù)期的效果，特別是面對(duì)批量調(diào)試任務(wù)時(shí)，此工裝的應(yīng)用不僅提高勞動(dòng)效率，網(wǎng)絡(luò)的整體電氣性能和一致性也有大幅提升。

圖4 波導(dǎo)與其工裝實(shí)物圖

5 結(jié)束語(yǔ)

利用實(shí)際工程的測(cè)試數(shù)據(jù)和仿真軟件相結(jié)合，得到了工裝調(diào)試法這一快速有效的調(diào)試方法。調(diào)試結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本低。該方法已經(jīng)應(yīng)用在C波段微波網(wǎng)絡(luò)。它節(jié)約了75%的調(diào)試時(shí)間，大大地提高了生產(chǎn)效率。有效地改善了旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)微波網(wǎng)絡(luò)的四路一致性問(wèn)題。此種方法值得進(jìn)一步的研究并推廣到更多的微波網(wǎng)絡(luò)的調(diào)試生產(chǎn)中去。

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王壘（1983-），男，工程師，主要研究方向：天線饋電網(wǎng)絡(luò)。