基于縫隙波導近場耦合的無源互調(diào)測試方法與流程

本發(fā)明涉及一種基于縫隙波導近場耦合的針對微波部件金屬連接結(jié)的無源互調(diào)測試裝置及測試方法，屬于無源互調(diào)測試技術領域。

背景技術：

無源互調(diào)(passiveinter-modulation，簡稱“pim”)是指兩個或更多的不同頻率的載波信號通過非線性無源器件所引起的對系統(tǒng)的額外干擾信號。在無線通信系統(tǒng)中，常見非線性無源器件有雙工器、天線、饋線、射頻線連接頭等。如果這些互調(diào)失真信號落入接收頻帶內(nèi)，且功率超過系統(tǒng)中的有用信號的最小幅度，則會使接收信號的信噪比下降，使接收機的靈敏度降低甚至無法正常工作，嚴重影響通信系統(tǒng)的容量和質(zhì)量。隨著通信系統(tǒng)的發(fā)展和系統(tǒng)質(zhì)量的提高，對器件無源互調(diào)的測量越來越受到重視。

目前pim產(chǎn)物的主要測試方法是讓43dbm(20w)的載波信號激勵待測件，然后測量無源互調(diào)值。因為微波的特殊性，待測件多以完整的成品出現(xiàn)，只有當部件加工完成并裝配后，才能進行檢測。對于腔體器件，待測件成為一個黑盒子，潛在的pim故障點存在于待測件內(nèi)部。對于天線，需要在開闊的暗室中測試，而天線收發(fā)系統(tǒng)自身體積也較大。這些方法都只能評判器件pim合格率，但不利于器件的pim故障診斷。

影響無源器件pim水平的因素很多，包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細微形變，熱脹冷縮，表面空氣氧化等因素。為了提高器件的pim水平，需要在研究中同時調(diào)控多種物理因素。如果不能將各個物理因素對器件的pim影響進行單一控制，就會增加改進pim的成本與設計周期。由于pim的來源多種多樣，整體檢測很難給出pim具體來源，并且一旦產(chǎn)品pim不合格，無法進行返工，因此急需一種能夠在生產(chǎn)工藝過程中對原材料以及半成品pim來源檢測的技術方法，使得待測件無需具備微波特性、以樣片形式存在即可。

本發(fā)明基于縫隙波導近場耦合的特性，提供了一種新的pim測試方法。把待測界面放置到縫隙波導pim工裝的外部環(huán)境中，利用近場耦合的方式測試pim的方法，既能實現(xiàn)環(huán)境條件的精確控制，也能降低電磁場的輻射距離，減小待測件尺寸。使用這種測試方法，可以對微波部件的局部結(jié)構(gòu)進行pim測試，精細的制作不同的局部結(jié)構(gòu)，評估具體的加工工藝對pim的影響，有效提高pim的測試效率?；谠摲椒?，在s波段實現(xiàn)了對平板壓接金屬接觸結(jié)構(gòu)的pim測試。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明內(nèi)容的目的在于，提供了一種近場耦合pim測試的方法，其可實現(xiàn)測試中在線拆卸dut，并對dut的多物理環(huán)境實現(xiàn)精確控制，提高了pim診斷效率。

本發(fā)明方法是這樣實現(xiàn)的：

本測試方法是在常規(guī)pim測試方法的基礎上，在測試系統(tǒng)中加入縫隙波導結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)近場耦合pim測試功能。測試時，待測件dut放在縫隙波導上,具體步驟如下：

1)測試時，待測件dut放在縫隙波導上，在縫隙波導外壁的縫隙處，覆蓋高介電常數(shù)的介質(zhì)板以減弱外泄電磁場遠場的強度，縫隙波導并沒有形成輻射遠場，在測試頻段內(nèi)，縫隙波導兩端口的s21近似為0dbm，通過調(diào)控介質(zhì)板的厚度以及波導縫隙的長度，可以控制待測件表面電流的強弱；

2)待測件(dut，deviceundertest)放置于介質(zhì)板上，dut的結(jié)構(gòu)包括點線面類型的結(jié)構(gòu),其典型應用場景為：平板壓接、圓柱插接和絲網(wǎng)搭接三類金屬接觸結(jié)構(gòu)；根據(jù)研究的金屬接觸結(jié)連接形式，設計dut結(jié)構(gòu)，并使用網(wǎng)分確認縫隙波導加載dut時其s21不會惡化；

3)激勵載波與pim信號的拾取都使用同一個波導實現(xiàn)，對待測樣pim的檢測用一套pim測試系統(tǒng)就能完成，并且能夠做到隨時在線更換待測樣。

波導縫隙的長寬比為：縫隙長度為到λ0為載波波長，若縫隙長度接近可在縫隙外覆蓋高介電常數(shù)的介質(zhì)板1，使波導s11小于-20db，s21≈0。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所述的基于縫隙波導的材料非線性和接觸結(jié)構(gòu)產(chǎn)生pim干擾的評價方法能夠用來評估微波部件材料非線性和接觸非線性的大小，為微波部件低pim設計和工藝控制提供指導，為生產(chǎn)環(huán)節(jié)中pim來源提供檢測方法，提高產(chǎn)品良率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的基于縫隙波導的無源互調(diào)測試方法原理圖；

圖2為本發(fā)明所述的縫隙波導結(jié)構(gòu)圖；

圖3為平板壓接pim測試示意圖

圖4為平板壓接pim測試側(cè)面示意圖

圖5為鍍銀、鍍金平板壓接pim測試結(jié)果

圖6為同軸插接pim測試示意圖

圖7為絲網(wǎng)搭接pim測試示意圖

具體實施方式

波導的法蘭連接、基站天線的地線螺接端口等，均是微波器件的平面端口連接，在研究中可等效為平板壓接模型。實驗中，使用三個金屬樣片之間的接觸面作為待測接觸面。實驗樣片小巧，可根據(jù)供研究需要，精確控制粗糙度、鍍層工藝、接觸壓強，并利于后期的表面形貌與成分分析。

以s波段波導為例，架設pim測試系統(tǒng),如圖1，其中縫隙波導的局部結(jié)構(gòu)如圖2所示，縫隙波導尺寸特征如下：

如圖3及圖4所示，波導內(nèi)壁寬72.14mm，高34.04mm；外壁寬76.2mm，高39.1mm；波導長150mm。波導材料為鋁合金。縫隙長60mm，寬1mm。在波導寬邊開橫縫，位于波導寬面中心位置?？p隙上固定一塊76mm×100mm×1mm的玻璃作為介質(zhì)板1。

搭建測試平臺時，首先要使用網(wǎng)分測試波同轉(zhuǎn)換裝置連接的縫隙波導，確認其s21接近0db，表明設計合格。

然后將縫隙波導以及聯(lián)入pim測試系統(tǒng)，架設好力加載試驗機。此時測到的pim作為系統(tǒng)自身的pim底噪，稱系統(tǒng)剩余互調(diào)。在裝配規(guī)范的情況下，s波段的縫隙波導連接可以實現(xiàn)-120到-130dbm@2×43dbm的系統(tǒng)剩余互調(diào)(主要取決于系統(tǒng)的din7-16接頭及射頻電纜的性能)。

將2號3號鋁合金/鋁合金鍍銀樣片固定在縫隙上方的玻璃介質(zhì)板上。在pim測試系統(tǒng)開機狀態(tài)下，使用其他弱接觸的金屬物體，在縫隙波導周圍0.5米處晃動，系統(tǒng)剩余互調(diào)不變，縫隙波導的遠場無法影響測試結(jié)果，表明該pim測試平臺搭建合格。

在pim測試系統(tǒng)開機狀態(tài)下，將4號鋁合金/鋁合金鍍銀樣片放在預定位置，與2/3號樣片形成金屬接觸，即可測到相應的pim值。

通過力加載試驗機增加金屬接觸面的壓強(壓力觸頭經(jīng)過絕緣處理)，pim值將相應隨壓力發(fā)生變化。通過力加載試驗機上的壓力傳感器讀數(shù)可以得到加載壓力。

接觸壓強＝加載壓力/名義接觸面積(表1)。

在大批量實驗研究中，該工裝的樣片更換方便，實驗重復性好。在長時間測試時，系統(tǒng)的剩余互調(diào)，可通過更換4號樣片，實時查看。

通過控制樣片尺寸，以及力加載試驗機的精度，就可以從非常小的接觸壓強開始研究金屬接觸面的pim特性。而在傳統(tǒng)pim測試中無法有效測到，因為壓強過小將導致待測件接觸不穩(wěn)定，影響待測件的微波特性。

通過測試結(jié)果可知，如圖5，過大的壓強將難以分辨不同鍍層材料的pim特性，只能進一步提高系統(tǒng)的載波功率。而更大功率下將導致微波器件出現(xiàn)更明顯的熱效應。這將在提高pim測試系統(tǒng)成本的同時引入新的問題，不利于科學研究。

平板壓接(面接觸)的測試情況見表1所示。

同軸插接(線接觸)、絲網(wǎng)搭接(點接觸)的pim測試平臺搭建過程與平板搭接(面接觸)的相同。在pim測試系統(tǒng)開機狀態(tài)下，使用其他弱接觸的金屬物體，在縫隙波導周圍0.5米處晃動，系統(tǒng)剩余互調(diào)不變，縫隙波導的遠場無法影響測試結(jié)果，表明該pim測試平臺搭建合格。

同軸插接(線接觸)測試情況見表2所示

絲網(wǎng)搭接(點接觸)測試情況見表3所示。

表1面接觸-平板壓接pim測試結(jié)果

表2線接觸-同軸插接pim測試結(jié)果

表3點接觸-絲網(wǎng)搭接pim測試結(jié)果