自动调谐微波信号的多腔滤波器.pdf

本发明涉及自动调谐微波信号的多腔滤波器。通过从加入腔体的板的盖子伸出的螺钉自动调谐高频信号的多腔滤波器的系统，包括：自动化移动赋予子系统SUB－1A、用于提取传送特性的测量子系统SUB－2M、将所述测量值与基准参数相比较的子系统SUB－3C、用于产生所述基准参数的子系统SUB－4G和服从所述SUB－4G和SUB1的子系统SUB－5CO。

1.  一种自动调谐高频(HF)信号特别是微波的多腔滤波器的系统，所述系统包括具有包含所述腔体并与螺钉型调节装置相交的板的至少一个滤波器主体，该螺钉型调节装置具有伸出所述板的头部和透入所述腔体的杆，所述系统包含用于耦合移动所述调节装置的机构(臂)，并且特征在于，它包括：
-还用于调节它们透入腔体内的实体的所述螺钉的驱动和自动移动的子系统(SUB-1A)，包含摩擦设备(MF-1)和细致调谐调节设备(MRS-2)；
用于在过程的每一步实时提取传送特性参数的测量子系统(SUB-2M)；
用于将在SUB-2M中测量的值S1、S2...Si、...SN(N是调节灵敏元件的数量)与在SUB-4G中产生的基准参数Sri相比较的子系统SUB-3C；
如期望的那样为比较的子系统(SUB-3C)产生基准参数的子系统(SUB-4G)；和
服从SUB-4G用于控制包含在SUB-1和SUB-5中的装置的子系统(SUB-5CO)。

2.  根据权利要求1的系统，其中，自动化子系统(SUB-1A)包含两个同心臂。

3.  根据权利要求1的系统，其中，第二子系统(SUB2MI)基本上包含优选为类型VNA(矢量网络分析器)的测量工具，该测量工具与DUT(被测设备)连接用于在过程的每一步实时提取传送特性参数，由此归还测量值S1、S2...SN的典型信号，N是对调节灵敏元件。

4.  根据权利要求1的系统，其中，子系统SUB-3C返回在MSE中计算的误差(均方误差)。

5.  根据权利要求4的系统，其中，子系统SUB5接收所述MSE并控制子系统SUB1A和SUB4。

6.  根据权利要求1的系统，其中，子系统SUB4-G包含基准参数(6)和算法(5)的发生器。

7.  根据权利要求6的系统，其中，所述发生器在图5中给出，并且所述算法在图4中被概略地示出。

自动调谐微波信号的多腔滤波器
技术领域
本发明涉及自动调谐高频信号的多腔滤波器。更特别地，本发明涉及通过笛卡儿坐标机器人，因此在没有人工操作员的干预的情况下自动调谐微波滤波器的系统，所述滤波器中的每一个基本上包含其中制成(在空气和/或电介质中的)谐振腔并提供调谐控制装置的主体，该调谐控制装置穿过并伸出所述主体的至少一个板和/或盖层(或盖子)并且一般具有有或没有螺母的螺钉的形式。
背景技术
由于使用诸如GSM和UMTS网络的移动网络的基于无线电链路的通信的扩展，因此在最近几年包括滤波器、双路复用器、多路复用器等的微波设备的电信工业需求呈指数增长。
一般地，这些滤波器(双路复用器、多路复用器等的形式)具有用于一般与诸如放大器、防闪电保护、探针等的附加特征有关的微波信号的发射(Tx)和接收(Rx)的部分。由于适于实现的过程的机械容限，因此为了完成客户规格，这些滤波器需要超高精度调谐。滤波器的特性的改变的另一因素(甚至更重要)是不能以重复的方式完成的由人工操作员完成的一系列不同的部件的组装。
目前由人工操作员对所述滤波器进行调谐的装置是试探式的，不是重复式的，因此需要有技术的操作人员。
并且，这种过程是消耗时间的并增加各单元的成本。
一般地，调谐过程包含：为了改变其固有谐振频率，一次一个地将各个螺钉引入各个腔体内。即使这种很小的透入变化也可强烈影响谐振频率和系统的整体性能，因此需要精细的灵敏度。
值得注意的是，没有编码过程是可用的；就我们的知识而言，在技术文献或专利中对多腔滤波器的调谐的自动化的方法和系统均未作说明，尽管不排除未知的滤波器制造商的可能的尝试，但是这些滤波器制造商考虑到他们的还未巩固的性能和可靠性宁愿不公开他们的尝试。
发明内容
本发明的第一目的在于为微波应用提供用于自动调谐多腔滤波器的自动系统(即，没有高技术人工操作员的干预)。
另一目的在于，提供能够降低制造成本、缩短试验时间并减少组装不确定性的工业自动化系统。
借助于在本说明书末尾的权利要求书(也应被视为在这里被加入)中记载更显著的特征的本发明，实现这些和其它目的。
在优选实施例中，根据本发明的系统至少包括：
-用于象机器人那样驱动和控制所有调节设备(OR)的子系统SUB-1A；
-用于测量被测设备(DUT)的实时频率响应的子系统SUB-2MI；
-将SUB-2MI中的测量值与在SUB-4G中产生的基准参数相比较的子系统SUB-3C；
产生所述基准参数的所述子系统SUB-4G；和
与SUB-4G联锁用于控制在SUB-1A和SUB-4AG中包含的设备的子系统SUB-5CO。
附图说明
从在附图中给出(出于解释性而非限制性目的)的特定实施例的说明，将更清楚地得到本发明的不同方面和优点，在这些附图中，
图1和图3是系统的框图；
图2是还包含所述驱动装置(SUB-1A)、在子系统SUB-2MI中包含的测量装置和控制子系统SUB-5C的示意性前视图的框图；
图4示出控制系统的算法的框图；
图5说明通过基准滤波器GU(金制单元(Golden Unit))得出基准参数Sri(图1)的生成的方法；
图6是系统的结构的示意图；以及
图7是体现根据本发明的系统的优选设备的局部前视图。
具体实施方式
图1表示根据本发明包括(优选)五个子系统(可以增减)的系统：
-第一激活子系统SUB-1A，基本上包含：
1)摩擦装置MF(例如，与各螺钉V的螺母有关)，在这种情况下表示为外部夸大螺母(external exagonal nut)MF1。
2)用于调节DUT参数的装置，在这种情况下为TORX型共轴螺钉MRS2；所述MF1和MRS2被机器人RO激活(图2)。
-第二SUB-2M包含与所述DUT连接的测量仪器以执行DUT的灵敏参数的实时数据获取。在这种情况下，获取仪器是测量所述DUT、S1、S2、...、Si、...、Sn的散布参数(scatter parameter)的矢量网络分析器(VNA)，其中级数i＝1、...、n表示调谐元件的数量。
-第三子系统SUB-3C，包含将SUB-2M中的实时测量的散布参数S1、S2、...、Si、...、Sn与在SUB-4Ri中作为基准产生的散布参数(Sri)相比较的比较器。该比较器(COM)产生MSE(均方误差)。
-第四子系统SUB-4Ri由供给块(6)的算法ALG的块(5)组成，该块(6)产生存储在静态存储器(MOF)中的用于各调谐元件的基准(Sri)的散布参数。通过后面说明的所述算法(ALG)(称为New Giotto)适当地详细说明这些基准参数。Sri是将保证DUT的最佳性能的参数。
-第五子系统SUB-5CO是能够管理在调谐过程中包含的所有数据加工(elaborating)操作并能够控制机器人移动的控制器(CONT.7)。在合成时，根据作为输入接收的误差信号MSE(线L4.7)，控制器(7)引导摩擦设备MF-1和调谐设备MRS-2的移动(线L71和L72)，这导致实时变差Si(L12、L23、L34)。新的计算的Si产生闭合回馈回路的新的误差函数(L47)。当测量的误差MSE达到其最小值时，算法ALG中断并继续进行以下调节元件。
可以用在自动控制领域中公知的大量不同的技术实现控制器CONT-7：有意义的例子是基于PLC(可编程逻辑控制)、PAC(可编程自动控制)、PXI(模块)、PCI(面向仪器的扩展)、PC(个人计算机)等的控制器。
根据本发明的系统的操作(流程)如图3所示。
-块10指出将DUT定位在相对固定精度的支撑(称为DIMA)上的操作：尽管一般来说这种定位不是手动的，但在附图中没有给出自动供给器(例如，带式传送机)。
-块11指出在与在图2中给出的第i个调节机构(organ)OR的笛卡儿坐标对应的点Xi、Yi上定位机器人RO的头部(图2中的T)。
-块12表示调节设备OR(螺钉)的接合的操作。
-块13表示与第i个螺钉相关的螺母(D)的接合的操作。
-块14表示通过在滤波器的主体内调节其在其腔体(未给出)内的穿透来对一个ORi进行调谐。该穿透的水平由承载来自控制器7的执行两种功能的信号的线L8控制：7.1管理移动各个螺钉的机械机构；7.2和7.3借助于对算法“New Giotto”(7.2)的帮助确定穿透情况和控制精细定位。
-块15控制与ORi相关的螺母Di的摩擦。
-块16检查整个流程：如果每个调节设备都已被调谐，那么该过程结束(块17)。
如果在块16中i严格小于N，那么循环开始，由此，通过L6和递增块18，过程从块11重新开始。
图2示意地表示这里优选表示为VNA(矢量网络分析器)的子系统SUB-2MI和优选由个人计算机表示的子系统SUB-5CO。
图4表示基本上以以下阶段构造的称为“New Giotto”(图3的7.2)的控制算法的实施例：
4.1开始：设置DUT初始条件；在具有由螺钉表示的调节设备OR的板式滤波器(被盖子封闭)的最重要的情况下，这些条件是完全拔出或放掉从所述盖子的顶部伸出的盖层(盖子)。该过程从为各个调谐设备ORi从获取的参数Sri的适当的数据库加载开始。
4.2用基准信号的相位校准测量信号的相位：通过在这样的表达式MSE＝[相位(Sri)-相位(S0)*exp.(j2n β L)]中对量L进行数值优化，补偿基准设备GU(金制单元)和DUT之间的相位差，这里，Sri是通过所述GU获得的并被存储在数据库中，S0是DUT的散布矩阵(scatter matrix)并且L表示通过优化确定的理想线路的长度。
最小化与GU相比而在DUT中引入的相位误差是得到一般过程的良好最终结果的基础。
4.3加载。在如4.1中那样已准备好DUT并且如4.2中那样已使初始误差最小化之后，在本块(4.3)中，根据在获取阶段建立的调谐次序，软件加载与第i个螺钉相关的基准参数Sri。
4.4计算ε₀＝ε。这里进行DUT的实时测量散布参数和金制单元的各个散布参数之间的误差(ε)估计，其中ε₀是初始误差，ε是当前误差，ε₀-ε＝MSE(sin.(相位Sri)，sin相位(Si))。对信号相位应用函数sine(sin)具有过滤测量的最迅速变化波阵面(front)的范围并将其归一化为-1～1。
4.5预定量的第i个螺钉插入。
4.6计算ε₁＝ε。该块4.6包含两个子块4.6.0和4.6.1。在第一子块中，计算两个函数即误差ε₁和ε_L＝lim(ε)。第二子块4.6.1估计ε的差，即dε＝ε₀(初始误差ε₀和最终误差ε₁之间的差)。当dε比O小时，到达块4.8。如果相反高于0(dε＞0)，到达块4.7。如果dεè的绝对值小于(在块4.6.0中计算的)ε_L，那么到达块4.9。换句话说，在块4.6.0中，计算三个值dε＞0、dε＜0以及绝对值ε_L＝lim(ε)。
4.7赋值。
这里，将值ε₁赋值到ε₀(ε₁＝ε₀)。
4.8赋值bis。
这里，重新将值ε₁赋值到ε₀。简言之，在移动第i个螺钉后，将测量的误差与以前的误差相比较：当实际误差减小时，螺钉被进一步插入；否则，为了使实际测量的误差最小化，螺钉将被向后定位。
4.9通过调谐设备，即，如果第i个设备ORi处于最佳位置(量度最小)，则到达下一个设备的调谐。
4.10当每一个调谐装置(螺钉)已被适当地定位，使得过程的各个步骤中的测量误差最小，那么流程结束。
图5表示从基准单元(GU)获取数据Sri。注意，在此定义的金制单元(GU)是完全调谐的设备。
过程如下：
1.1确定获取的策略(如图1SUB-4中那样)。
基于形成受检查的系统的滤波器的分类方法，必须建立调节元件的有序提取的次序。这种次序不必在第i步改变系统的信息。一般地，确定正确和一致的次序是强烈依赖于系统的复杂性的试探性的试验。在实际中，这种获取基于某一时刻的一个调节元件(OR)的提取并基于相应的散布参数的测量。
1.2根据1.1中建立的次序提取第i个调节元件(i＝1、2...N)。
1.3通过VNA(矢量网络分析器)测量设备的散布参数并获取。
1.4将测量的参数传送到控制器(CONT)，在这种情况下，该控制器被集成在PC中。
产生静态文件以存储散布参数。
1.5结束：当所有的调节元件已被拉出并且相对参数已被获取(即i＝N)时，过程结束。
在图6中，给出系统的一般结构的示意性但有效的布局，其中，INT是包含摩擦设备MF的框架，该摩擦设备MF为了与从安装在支撑(SU)上的滤波器(F)的盖层(P)伸出的调谐元件OR(螺钉)接合，可以沿Z轴(Z)垂直移动。从1到6的数字说明功能线和相关的装置。
线1(L1)是指例如由两个同心螺丝刀构成的机器人的头部MF的垂直移动。线1具有对功率装置DAP起作用的电机M1和位置被转换成数字信号1/0并通过线1′被存储在PC中的定位器。线2通过颗粒头部(grain head)、阈值开关(CTRL)和与控制器(VSO2)的通信总线沿轴Z通过线性变换器(TZTG)控制螺丝刀对调谐元件的压力，使得线2′将相关数据连接到PC上。线3给出包含位置P3的颗粒(G)的螺纹车削过程(V)，该过程通过线3′向PC报告其步骤。
L4给出螺母D的螺纹车削并具有(如线3那样)定位器P4和与PC的相关连接4′。定位器P2和P4的输出均可以与A/D转换器连接。
线5充当线2并涉及螺母D的绕法；或者表示信号被传送给PC的变换器TSD和观测仪VS5。最后，在线6上，表示控制装置沿平面方向X-Y的移动和与PC连接但也接收安全管理数据的定位器P6的移动。
图7(设备局部前视图)表示基本上包含设备的头部的优选实施方式，该设备的头部基本上包含主要垂直支撑(头部，T)，该垂直支撑可承载所有的上述装置，诸如MF和MRS(图2)、控制装置OR(共轴螺丝刀)、垂直移动装置Z(复合带(complexe strap)CC)和与其相关的所有装置(例如，电机M1、定位器P1、P3、P4和变换器TZTG、TSD)。
在头部T下面，放置用于沿轴X(20)和Y(21)移动的载体X-Y和被上盖23封闭的滤波器的支撑SU，螺钉(OR)从该上盖23伸出，在该螺钉上应用用于调节它们的穿透情况的机械装置。由于螺钉一般在水平线(X)上对准但在线(Y)上偏移，因此，控制装置(螺丝刀)沿方向X从一个螺钉向另一个螺钉移动，并且在各个线的端部，移动到轴Y上的连续线上。这是最简单的移动之一，但是，它具有必然的不方便以在滤波器的尺寸上不同的结构上适应冲程X-Y。为了避免这种适应，提供光学结构(optical lecture)(照片型或TV型)，以使摩擦和调节装置的冲程自动适应滤波器的特性结构。
为了示意性地澄清顾忌，参照在附图中给出的实施例说明了本发明。但应理解，所述发明容许在任何本领域技术人员能够想到时应被视为包含在所述发明的范围和精神内的所有变化、提高、代替和添加等。
例如，图1和图2中说明的子系统中的一些可被集成和组合在一起。一般地，SUB3、SUB4、SUB5可被紧凑化或集成到一个单一的PC中。
因此，还必须对其高灵活性和可靠性的特性评价本系统。