超宽带阻抗调谐器的制造方法
【专利说明】超宽带阻抗调谐器
[0001]相关串请的交叉引用
[0002]本申请要求以2013年7月31日提交的临时申请号61860792的优先权，该申请的整体内容通过引入而与本文结合。
【背景技术】
[0003]机械阻抗调谐器被广泛应用于射频设备中。最常见的一种阻抗调谐器是板线调谐器，其通常包括50欧姆TEM板线，其具有可移动的不匹配探测器。图1A和1B以简化形式示出了这样一种调谐器，在形成板线的相对的导电地平面12、14之间支撑有中心导体10。不匹配探测器20被支撑为沿着或水平于或水平中心导体移动，并且还在横向于或垂直于中心导体的方向上移动。如果不匹配探测器移出板线的电场，它几乎不起作用，使得板线看起来像是良好的50欧姆（特性阻抗）的线。然而，如果不匹配探测器移动靠近中心导体，电场受到影响，导致不匹配。不匹配的大小主要是通过调整探测器与中心导体的距离控制的。不匹配的相位是通过在平行于中心导体的方向上移动探测器控制的。类似的效应也可以在其它输电线路环境中完成，如波导。
[0004]不匹配探测器具有基于几何学的频率响应。在此，探测器的频率响应是在探头适当地安装在调谐器中的情况下。原则上，较长的探测器在较低频率下将有“平”的操作响应，而较短的探测器在较高频率下将有“平”的操作响应。在本文中，探测器的“平”的操作响应被定义成发生在最大反射（或VSWR)等于或大于某些指定值的频率范围中的反射响应。
[0005]典型的阻抗调谐器在一个托架内使用一个、两个或三个不匹配探测器，以便增加调谐器的整个操作频率带宽。
【附图说明】
[0006]当结合附图阅读时，根据以下详细描述，本领域技术人员将容易地理解本发明的特点和优势。
[0007]图1A是阻抗调谐器板线和探测装置的示意性端视图。图1B是图示了探测器在调谐器探测器的垂直（横向于中心导体）和水平（平行于中心导体）移动方向上的移动的示意性视图。
[0008]图2是不匹配探测器的典型频率响应，在给定的频率带宽中有平的反射性。
[0009]图3是当使用不同几何形状的探测器（每种具有不同的频率响应）时的超宽带频率响应。
[0010]图4A是图示了两个托架的阻抗调谐器的示例性实施例的特征的示意性顶视图。图4B是图示了如图4A所示的示例性两个托架的阻抗调谐器的特征的示例性实施例的简化示意性框图。图4C示出了图4A的调谐器中使用的四个探测器的示例性频率响应。图4D是图4A的调谐器的图像。
[0011]图5是图示了三个托架的阻抗调谐器的示例性实施例的特征的示意性顶视图。
[0012]图6是多段探测器的示例性实施例的示意性视图，其具有连接四个段的薄保持器。
[0013]图7图示了在阻抗调谐器的示例性板线传输线的情况下的图6的多段探测器。
【具体实施方式】
[0014]在下面的详细的描述和多个附图中，相同的元件被标示有相同的附图标记。这些附图不能调节大小，为了便于说明，相对特征尺寸可能被夸大。
[0015]机械阻抗调谐器使用不匹配探测器20 (图1A和1B)，以便中断穿过调谐器的电场。通过中断电场，不匹配探测器能够改变呈现给测试中设备（DUT)的阻抗。
[0016]当探测器足够远离中心导体时，它很少影响或不影响由调谐器呈现的VSWR(电压驻波比）；仅有调谐器的VSWR(或系统阻抗）被呈现给DUT。
[0017]当探测器被降低并接近中心导体时，被探测器中断的能量的量增加，并且由调谐器呈现的VSWR提高。
[0018]在靠近中心导体的某些位置处，探测器达到其最大影响力，而且调谐器呈现出其最高的VSWR。
[0019]不匹配探测器有独特的频率响应，其对应于其几何形状以及板线组件，板线组件包括板线12和14以及中心导体10 (图1A)。原则上，较长的探测器在较低频率将有平的操作响应，而较短的探测器在较高频率将有平的操作响应。示例性的探测器响应（电压驻波比作为频率的函数）在图2示出。
[0020]现代阻抗调谐器配有一个、两个或三个（或更多）安装在托架上的不匹配探测器。示例性阻抗调谐器和探测器在US20120049970和US7589601中描述，其整体内容在此通过参考被并入本文。US7589601的图8_11描绘了多段探针，可用于本发明的实施例中。
[0021]在某些机械调谐器中，在给定托架上的每个探测器都有与同一托架上的其它探测器的几何形状不同的几何形状，继而具有不同的频率响应。在给定托架的每个探测器被单独使用来覆盖其自身频带，只有轻微的重叠。以此方式，阻抗调谐器可以实现比如果只有单个不匹配探测器时更宽的操作带宽，如图3所示。
[0022]存在两个托架和三个托架的调谐器，其中每个托架持有一个、两个或三个不匹配探测器。然而，每个托架采用的探测器组都是相同的。这是称为“预匹配负载牵引”或“级联探测器谐波负载牵引”的先进测量的特定形式要求的。
[0023]图4A-4D图示了两个托架的调谐器50，其中每个托架（60，70)在托架60中持有两个非类似的探测器P1和P2，在托架70中持有持有两个非类似的探测器P3和P4。每个探测器有不同的几何形状，因此有不同的操作带宽和频率响应。通过一次一个地使用这些探测器，调谐器50被配置为实现超宽带操作。不管系统中有多少不同几何形状的探测器，在示例性的“一次一个探测器”操作模式中一次只使用一个探测器，因为每个都有自己独特的频带来操作。如果调谐器有四个探测器，例如每个托架有两个探测器，而且每个探测器覆盖不同的频带，那么对于感兴趣的给定频率，以及在调谐器操作的一个模式期间，只有一个探测器将被使用（即，在有效状态或位置）以影响调谐器阻抗，而且其它三个探测器将收回(即，设置在无效状态或位置）以免影响调谐器阻抗或信号。如果使用的探测器是在第一托架中，第二托架将被初始化且不阻挡相对的壁。例如，如果所使用的探测器是在最左边的托架，那么所有未使用的托架将转移到相对壁的右边，使得未使用的托架中的探测器被收回。
[0024]探测器“几何形状”可以包括特征，如探测器的高度、宽度和长度尺寸(图1A和1B，H、W、L)，以及曲率。在一个实施例中，探测器1、2、3和4可能具有相同的宽度和高度但具有不同的长度，或具有相同的长度和高度但具有不同的宽度等。其它几何形状可以由探测器的其它特性限定，如临近中心导体的探测器端部的曲率。期望的是，每个托架携带可移动的探测器，可移动探测器相对于每个其它托架携带的探测器呈现出不同的、在一些实施例中是不重叠的频率响应频带。虽然改变探测器的宽度和曲率可对其频率响应产生一些影响，在示例性实施例中，发现长度尺寸更直接地影响频率响应。较长的探测器提供较低的操作频率，较短的探测器提供较高的操作频率。例如，四个探测器Pl、P2、P3、P4可以具有被配置为提供如图4C所示的频率响应的几何形状。在另一个例子中，几何形状由相同的高度和宽度，但是不同的长度所限定。通过进一步的示例，一个托架有两个不同长度的探测器，探测器1的长度为1.23”，覆盖0.6-2.8GHz，探测器2的长度为0.8”，覆盖2.8-4.6GHz。第二托架也有两个不同长度的探测器，探测器1的长度为0.387”，覆盖2.8-SGHz，探测器2的长度为0.205”，覆盖8-lSGHz。具有这两个托架以及四个探测器的调谐器可随后在“一次一个有效探测器(single-active-probe-probe-at-a-time) ”模式操作，其中四个探测器中只有一个是有效的(即，影响调谐器VSWR，其它探测器收回以免影响VSWR)，并且有效地覆盖
0.6-18GHZ之间的频率范围。这只是作为一个示例；而且可采用不同频率响应特性的其它探测器。
[0025]在多段探测器的情况下，例如US7589601的图8_10所示，在一个示例性实施例中，在第一托架中安装为用于操作的第一多段探测器的每一段可以具有与在第二托架中安装为用于操作的第二多段探测器的对应段不同的几何形状。在另一实施例中，多段探测器可被安装在一个托架，一个探测器安装在另一个托架上，而且多段探测器和一个探测器具有不同的频率响应，以在单个探测器操作模式中覆盖不同频带。
[0026]图6 (对应于US7589601的图10)是多段探测器200的示例性实施例的等距图，其具有连接四个探测器段202、206、210、210的薄保持件218。保持件的厚度比探测器更薄，所以从电场到地主要是从探测器段到板线壁。在薄金属保持件结构的情况下，探测器和保持件可制成一体结构。图7(对应于US7589601的图11)图示了在板线传输线300情况下的图6的多段探测器。在这里，线300包括基板302和分离的平行地面板304、306，它们横向安装在基板的顶部。中心导体308被支撑在地面板304、306之间。探测器结构200可安装为沿着中心导体移动，并横向于中心导体，如图4A所示。
[0027]多段探测器可安装在如图4A所示的托架上，而且整个探测器沿着中心导体移动以控制相位。
[0028]图4A示出了两个托架阻抗调谐器50的示例性实施例，其具有两个托架60和70。调谐器50包括一对相对壁或端壁52和54，中心导体10由电介质衬套(未不出)支撑在端壁上。端壁安装到底板55。相对的导电地面12、14支撑在端壁之间。射频连接器56、58被设置为电气连接到调谐器的相对侧上的中心导体。连接器56通常被连接或耦合到测试设备(DUT)。
[0029]仍然参照图4A，探测器托架60和70被安装为用于沿着平行于中心导体10的轴线移动。典型的，托架安装在导轨上(未在图4示出)。一个轨可具有线性齿轮齿条，用于与可旋转的齿轮啮合，可旋转的齿轮安装在每个托架上并由托架电机驱动，通常是步进电机，但是也可替