中國電子科技集團(tuán)公司第54研究所 王 壘 張根會
一種微波網(wǎng)絡(luò)的快速調(diào)試方法
中國電子科技集團(tuán)公司第54研究所 王 壘 張根會
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、一致性差等缺點(diǎn),特別是面對批量網(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,對稱結(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
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)配螺釘對曲線的影響。此種方法是一個(gè)反復(fù)試驗(yàn)的過程,耗時(shí)長。若是四路對稱結(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,改善一致性問題,通過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。
傳統(tǒng)的微波網(wǎng)絡(luò)調(diào)試方法是試點(diǎn)調(diào)試法。首先搭建測試系統(tǒng)(如圖1),測試系統(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待測件進(jìn)行調(diào)試。
圖1 測試系統(tǒng)
一般待測波導(dǎo)器件上會有一定數(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,會改變腔體內(nèi)部電場分布,進(jìn)入腔體的深度不同,對電場的影響也不同。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,用專用的工具對每一個(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)配螺釘對曲線的作用受到電場擾動被改變了,也就是說下一個(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)的過程,耗時(shí)長。對于旋轉(zhuǎn)對稱的復(fù)雜結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)要求旋轉(zhuǎn)對稱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調(diào)試,這樣大大增加了工作量。
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)行簡單測試即可。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)對稱結(jié)構(gòu),要求四路彎頭濾波器是完全對稱的。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。對于四路對稱結(jié)構(gòu)的微波網(wǎng)絡(luò)來說,螺釘進(jìn)入深度不一樣就意味著四路不是完全對稱的,這種不對稱性不會反應(yīng)到微波網(wǎng)絡(luò)的駐波和端口隔離指標(biāo),但是對圓極化微波網(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)雜過程,在兼顧駐波和隔離的情況下提高四路的一致性,對調(diào)試的要求非常高,同時(shí)所用時(shí)間也會成倍增長。
3.2 調(diào)配螺釘進(jìn)入深度的仿真與優(yōu)化
按照圖紙中分波頭的實(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,且對稱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)工程中得到的對稱位置的四路深度數(shù)值取平均。經(jīng)過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。測試結(jié)果與仿真結(jié)果吻合,各種指標(biāo)均滿足。
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。考慮到濾波器為腔體結(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)過測試后的曲線與仿真結(jié)果吻合,達(dá)到了預(yù)期的效果,特別是面對批量調(diào)試任務(wù)時(shí),此工裝的應(yīng)用不僅提高勞動效率,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
利用實(shí)際工程的測試數(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)對稱微波網(wǎng)絡(luò)的四路一致性問題。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)。