一種微波網絡的快速調試方法

中國電子科技集團公司第54研究所 王 壘 張根會

一種微波網絡的快速調試方法

中國電子科技集團公司第54研究所 王 壘 張根會

微波網絡是天饋系統的重要組成部分，微波網絡的調試直接影響天線系統的性能。傳統的微波網絡調試存在著耗時長、一致性差等缺點，特別是面對批量網絡調試任務時，要耗費大量的人力物力。為了提高產品性能和人員效率，文章以C波段四端口微波網絡為例，設計了一種應用調試工裝的快速調試方法，比傳統方法節省75%的時間，對稱結構一致性良好。此調試方法已經在工程應用中得到驗證，值得推廣到更多的微波網絡調試中去。

微波網絡；調試方法；調試工裝；C波段

1 引言

微波網絡是天饋系統的重要組成部分，其調試結果直接影響天線系統的性能。傳統微波網絡的調試方法采用試點法：根據網絡分析儀的曲線數據把一點的調配螺釘進入一定的深度，再試探其它點位的調配螺釘對曲線的影響。此種方法是一個反復試驗的過程，耗時長。若是四路對稱結構的微波網絡還需要交換不同的極化鏈路調試，一致性較差。為了提高生產效率，改善一致性問題，通過HFSS仿真計算和實際工程相結合的方式，提出了調試工裝這種快速調試方法。

2 傳統調試方法

傳統的微波網絡調試方法是試點調試法。首先搭建測試系統（如圖1），測試系統搭建完成后根據反映在標量網絡分析儀（或者矢量網絡分析儀）的駐波曲線與隔離曲線對待測件進行調試。

圖1 測試系統

一般待測波導器件上會有一定數目的調配螺釘孔，這些調配螺釘孔以各種數學曲線的方式分布在器件上。調配螺釘進入到波導腔體內部一定深度，壓縮了腔體內的電場，會改變腔體內部電場分布，進入腔體的深度不同，對電場的影響也不同。一個波導器件上有很多調配螺釘，要通過嘗試找到它們之間不同深度最好組合，以達到電氣性能最優。

試點調試法是根據反映在標量網絡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調配螺釘孔進行試驗。如果這一點可以使駐波變好，就將調配螺釘在此點位進入合適的深度，再找到下一個使電氣性能得到改善的調配點及其調配釘深度。以此類推，試驗所有調試空位，最終得到一組最優的調配螺釘組合。值得注意的是，在進入下一個調配點的調試螺釘時候，上一個調配螺釘對曲線的作用受到電場擾動被改變了，也就是說下一個點進入之后，還要改變上一個點的調配螺釘深度來達到組合的最優狀態。

這種調試方法是一個反復的過程，耗時長。對于旋轉對稱的復雜結構網絡要求旋轉對稱四路的相位一致性良好，用傳統的方法就需要把不同的兩路交換來調試，這樣大大增加了工作量。

3 工裝快速調試方法

工裝快速調試方法是以傳統方法的調配螺釘進入深度為參考，結合HFSS仿真軟件進行仿真分析，得出一組最優的調配螺釘組合，再根據所得數據和微波網絡的實際結構來制作調試工裝。當需要調試時候，只需要把調試工裝放入待調器件中，將調配螺釘依次進入到調試工裝的指定位置后進行簡單測試即可。這種調試方法的難點在于每個調配螺釘進入的深度的分析與計算以及工裝后期制作的工藝和微波網絡的配合。

3.1 調配螺釘進入深度工程分析

微波網絡是由多個微波器件組合在一起的復雜系統，以C波段四端口線極化網絡為例，它的組成框圖如圖2所示。

圖2 C波段四端口網絡組成框圖

此微波網絡調試的關鍵在于分波頭與彎頭濾波器的組合調試。由于是旋轉對稱結構，要求四路彎頭濾波器是完全對稱的。根據傳統調試方法得到的四路的調配螺釘進入深度如表1。

從表1中可以看出：通路1-4的同一位置的調配螺釘進入的深度是不同的，最大的誤差為3mm。對于四路對稱結構的微波網絡來說，螺釘進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到微波網絡的駐波和端口隔離指標，但是對圓極化微波網絡的軸比和線極化網絡的交叉極化卻有非常大的影響，進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，就需要重復上述復雜過程，在兼顧駐波和隔離的情況下提高四路的一致性，對調試的要求非常高，同時所用時間也會成倍增長。

3.2 調配螺釘進入深度的仿真與優化

按照圖紙中分波頭的實際尺寸建立仿真模型，把調配螺釘的深度值設置為變量，且對稱位置的螺釘使用同一深度變量，保證四路的一致性。深度的初始值根據工程中得到的對稱位置的四路深度數值取平均。經過HFSS仿真計算和后期的優化，得出一組駐波等指標最優的結果，仿真模型與計算曲線如圖3。

表1 調配螺釘進入深度列表（單位：mm）

圖3 模型與計算曲線

通過仿真計算得到一組最優的調配螺釘深度組合。按照上述組合，把調配螺釘進入到指定深度。測試結果與仿真結果吻合，各種指標均滿足。

4 工裝制作

調試工裝的制作是根據濾波器的結構和調配螺釘的進入深度加工制作的。考慮到濾波器為腔體結構，調配螺釘進入深度的不連續性，調試工裝采用分體結構。這種結構能夠有效控制調試工裝的定位，可以在安裝完調配螺釘后順利快速取出調試工裝。

按照上述思路和方法，我們制作了彎波導濾波器與圓波導移相器的調試工裝，實物如圖4。應用調試工裝的器件經過測試后的曲線與仿真結果吻合，達到了預期的效果，特別是面對批量調試任務時，此工裝的應用不僅提高勞動效率，網絡的整體電氣性能和一致性也有大幅提升。

圖4 波導與其工裝實物圖

5 結束語

利用實際工程的測試數據和仿真軟件相結合，得到了工裝調試法這一快速有效的調試方法。調試結構簡單，制作成本低。該方法已經應用在C波段微波網絡。它節約了75%的調試時間，大大地提高了生產效率。有效地改善了旋轉對稱微波網絡的四路一致性問題。此種方法值得進一步的研究并推廣到更多的微波網絡的調試生產中去。

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王壘（1983-），男，工程師，主要研究方向：天線饋電網絡。