[发明专利]螺旋线慢波结构色散特性自动测试系统及方法

说明书

本发明提供一种螺旋线慢波结构色散特性自动测试系统及方法，包括支撑底座、垂直移动平台、液体容器，液体容器内部为低损耗大介电常数液体，低损耗大介电常数液体上方为竖直的螺旋线慢波结构，螺旋线慢波结构通过慢波结构固定夹具固定在垂直移动平台上，通过计算机控制步进电机，步进电机带动垂直移动平台，垂直移动平台带动螺旋线慢波结构上下运动从而改变螺旋线慢波结构在低损耗大介电常数液体中的位置，建立慢波结构到同轴匹配连接和大反射面之间螺旋线慢波结构的长度与色散的关系方程，获得慢波结构的色散特性参数；本系统采用低损耗大介电常数液体构建大反射面，方便反射参数提取；同时采用慢波结构到同轴的匹配连接的方式，方便了对系统等效电路的简化，进而提出来本发明测试方法，实现了色散参数提取的理论支撑。

技术领域

本发明属于微波测量的应用领域，尤其是一种螺旋线慢波结构色散特性自动测试系统及方法。

背景技术

螺旋线行波管作为一种重要的微波电子器件，具有宽频带、高增益、大动态范围和低噪声等优点，在现代电子对抗，雷达，通信，微弱信号接收等领域被广泛使用。色散特性是螺旋线行波管慢波结构非常关键的一个冷参数，在很大程度上影响着整个行波管的性能。色散特性决定了行波管的工作电压、频带宽带。对行波管慢波结构色散特性的测量无论是在慢波结构的设计研制阶段还是在生产线质量检测阶段都占有重要地位。

慢波结构作为行波管的重要结构，其作用是让电子束与电磁信号相互作用，进行能量互换，从而使电磁信号得到放大。近年来，各种不同结构形式的慢波结构被研究者提出。随之，很多关于色散求解的方法也被研究者提出用于分析相应的慢波结构。

目前，关于慢波结构的色散特性研究的方法有很多种，主要包括理论分析法，计算机软件仿真和实验测试三种方法。理论分析法如等效介电常数法，模式匹配法等，这些方法大多采用了大量的等效，因此不适合实际工程。仿真模拟依赖于物理模型的正确建立，其结果有时并不能反映实际管子的特性。基于实验的方法，如行波法和谐振法是经典的方法，常用来对各种慢波结构进行测试和对理论分析进行验证。行波法通常是沿着慢波结构中心轴线移动耦合探针，获得不同位置的信号的相位与参考位置的相位差来计算色散参数。这种方法对于快波系统来说是困难的，而且需要保持测试点与参考点都是在中心轴线上。谐振法的原理是让慢波结构处于谐振状态，然后根据谐振条件，建立方程求解相位常数和频率的关系得到色散参数。谐振法的关键是要找到慢波结构的镜像短路面，这常常是很困难的。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种螺旋线慢波结构色散特性自动测试系统及方法。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种螺旋线慢波结构色散特性自动测试系统，包括支撑底座、支撑底座上方的垂直移动平台和液体容器，所述液体容器内部为低损耗大介电常数液体，低损耗大介电常数液体的上表面为液体大反射面，低损耗大介电常数液体上方为竖直的螺旋线慢波结构，螺旋线慢波结构通过慢波结构固定夹具固定在垂直移动平台上，所述垂直移动平台带动所述螺旋线慢波结构在低损耗大介电常数液体中上下移动，所述垂直移动平台由步进电机驱动，步进电机由步进电机伺服系统控制，电机伺服系统与计算机连接，螺旋线慢波结构通过慢波结构到同轴的匹配连接连接矢量网络分析仪，矢量网络分析仪连接计算机。

作为优选方式，所述低损耗大介电常数液体是指损耗角正切值小于10^-4、相对介电常数大于400的液体。

作为优选方式，矢量网络分析仪通过WLAN端口连接到计算机，步进电机伺服系统通过USB接口连接到计算机。