一种毫米波S参数传输幅度标准器设计方法

技术领域

本发明属于标准器技术领域，具体涉及一种毫米波S参数传输幅度标准器设计方法。

背景技术

矢量网络分析仪是用于测量微波放大器、耦合器、功分器、隔离器等微波网络的仪器，广泛应用于微波器件研制、制造、校准等各个环节。由于矢量网络分析仪存在系统误差，在使用之前必须对其进行校准，校准后为了检验仪器的校准状态，需要使用一系列具有定标值的检验件对矢量网络分析仪进行检验。检验件主要包括反射幅度标准器、传输幅度标准器和传输相位标准器。其中反射幅度标准器主要使用标准失配器实现，传输幅度标准器主要采用标准衰减器实现，传输相位标准器主要采用理性匹配传输线实现。在50GHz以上的毫米波频段，微波传输线形式通常采用矩形波导传输线。本专利需要保护的内容就是一种传输幅度标准器的设计方法，该标准器采用波导耦合式衰减器实现，该方法设计的波导衰减器的主要特点是频率响应平坦且电压驻波比小。

波导衰减器通常使用衰减片对电磁波功率进行损耗，从而形成衰减。但使用衰减片插入波导中的波导衰减器频率响应不平坦，且由于衰减片插入波导会使波导传输线内介质不连续，从而产生较大的失配，使得其电压驻波比较大(通常大于1.3)，不适合作为S参数标准器中的传输幅度标准器。

发明内容

因此，本发明要解决的现有技术中衰减片插入波导会使波导传输线内介质不连续，从而产生较大的失配，使得其电压驻波比较大的问题。

为此，采用的技术方案是，本发明的一种毫米波S参数传输幅度标准器设计方法，包括如下步骤：

步骤1，确定波导口宽边尺寸a和窄边尺寸b，；

步骤2，确定耦合片的耦合孔距离波导边缘距离s的初值；

步骤3，确定耦合孔间距d；

步骤4，确定耦合孔的孔径r及数量N；

步骤5，利用参数a、b、s、d、r、N进行仿真分析优化，获得最终的波导参数和耦合片参数；

步骤6，根据波导的参数和耦合片的参数制作波导衰减器，在波导的终端加入吸波负载制作二端口衰减器。

优选的，所述步骤1包括：

根据所述衰减器的工作频率选择标准的波导口宽边和窄边尺寸。

优选的，所述步骤2包括：选择s＝a/4为其初值。

优选的，所述步骤3包括：

根据该标准波导对应的频段起始频率f

优选的，所述步骤4包括：耦合孔孔径r的初值根据设计的衰减器的衰减量确定，N＝14。

本发明技术方案具有以下优点：

1.本发明的一种波导传输幅度标准器的设计方法，该标准器采用波导衰减器实现，通过使用该方法设计的波导衰减器可在整个波导工作频段内衰减量具有平坦的频率响应，同时通过耦合器形式实现衰减器可以获得优异的电压驻波比，且按照该方法设计的衰减器结构简单、使用方便。

2.本发明设计了一种毫米波S参数传输幅度标准器，该标准器采用耦合式定向耦合器在其直通波导终端加入吸收体将四端口耦合器转化为二端口衰减器。该实现方法不在波导信号传输部分加入衰减片，不会引入波导内部介质不连续，所以该方法设计的衰减器电压驻波比极小，通常与匹配负载水平相当。同时通过控制一系列耦合孔的孔径，可以实现该传输幅度标准器衰减的频率响应平坦。解决了传统吸收片式衰减器电压驻波比大、频率响应不平坦的问题。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的流程示意图；

图2是本发明的波导衰减器的结构示意图；

其中，1-耦合片，2-波导。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的一种毫米波S参数传输幅度标准器设计方法，如图1所示，以220GHz～330GHz频段为例，详细说明应用本发明设计标称衰减量为40dB的波导耦合式衰减器的具体过程。220GHz～330GHz频段标准波导为WM-864标准波导，其波导宽边a＝0.864mm，窄边b＝0.432mm。该频段常用波导法兰为UG-387标准法兰。设计衰减器时主要确定耦合片片上的耦合孔数量N、间距d、孔径r及与波导边缘之间的距离s。具体标准器的步骤为：

步骤1：第一确定波导口宽边尺寸a和窄边尺寸b。根据设计的衰减器的工作频率选择标准的波导口宽边和窄边尺寸，220GHz～330GHz频段参考IEEE1785.1波导标准确定其波导宽边a＝0.864mm，窄边b＝0.432mm。

步骤2：第二确定耦合片的耦合孔距离波导边缘距离s的初值，选择s＝a/4则其初值s＝0.216mm。

步骤3：确定耦合孔间距的d，方法为：

1)该频段起始频率f

f

2)计算中心频率对应的自由空间的波长：

λ

3)计算该频点对应该频段标准波导的导内波长的四分之一：

步骤4：确定耦合孔孔径r及数量N，综合考虑耦合孔加工等因素，在该频段选择耦合孔数量为N＝14，耦合孔孔径采用切比雪夫分布，可以计算得到一系列耦合孔孔径，其孔径最大r

步骤5:利用参数a、b、s、d、r、N进行仿真分析优化，获得最终的波导参数和耦合片参数。

步骤6：根据波导的参数和耦合片的参数制作波导衰减器，在波导的终端加入吸波负载制作二端口衰减器。

上述技术方案的工作原理及有益技术效果：应用本发明的传输幅度标准器采用波导衰减器实现，具有极小的电压驻波比和平坦的衰减量的频率响应，尤其适合作为S参数标准器中的传输幅度标准器使用。该设计方法在微波、毫米波及更高的太赫兹频段，均有满意的应用效果，该方法解决了吸收式衰减器电压驻波比大，衰减量频率响应不平坦的问题。

本发明提供了一种毫米波S参数传输幅度标准器的结构如图2所示，波导2内设置有水平方向的耦合片1，耦合片1上部波导为上测波导腔，耦合片1下部为下侧波导腔。两个波导腔分别对应衰减器的两个波导端口。在上下两侧波导腔的终端加入吸收负载，吸收直通能量，通过耦合实现衰减。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。