專利名稱：校準用基準件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種校準用基準件，以一種具有同軸空氣管道特別是同軸插頭或同軸插座的同軸耦合器為形式，用于連接一要校準的儀器的同軸耦合器，特別是連接一矢量網絡分析儀(VNA)的測量端口，其中按權利要求1的前序部分所述，同軸耦合器具有一內導體部件和一與其同軸設置的外導體部件，并在內導體部件和外導體部件之間設置一短路連接。
背景技術：
矢量網絡分析儀的高精度在于，網絡分析儀在對復數的反射系數的數值和相位的實際測量前通過將校準用基準件連接在其測量端口上進行校準。在此期間，出現大量不同的校準方法。為了系統校準，大多數的校準方法使用空載、短路和匹配校準用基準件用于系統校準。通過將這些校準用基準件與網絡分析儀的測量端口相連，能夠得出在網絡分析儀中產生的、導致測量值與真正數值出現偏差的誤差，并在下面的目標測量中用于計算的誤差修正。例如，這由DE 39 12 795 A1中已知。然而，這些迄今為止通常的校準方法卻仍然不夠精確。為了確定方向性或測量端口匹配的剩余誤差，在一EA規程中建議，在此前系統校準的網絡分析儀的待測量的測量端口上連接一在出口處確定未閉路或短路連接的精密同軸空氣管道，并在該空氣管道的入口處，在網絡分析儀一規定的頻率范圍內的一序列測量點上測量反射系數(EA-10/12，EA Guidelines on the Evaluation of Vector NetworkAnalyzers(VNA)，European co-operation for Accredition，May 2000)。但是按照此規程，只分析反射系數值疊加的振動的所謂波紋振幅，其中簡化地推測，該波紋振幅與有效的源端口匹配相同，但只有當有效方向性被忽略的時候才適合。因此，在使用精密空氣通道的情況下已知的認證規定相對不精確，無法實現所期待的測量誤差的精確地估計，更不要說用于源端口匹配的誤差修正項的再次修正。
因此，在DE 102 11 334 A1中，已經建議一種用于測量一系統校準的矢量網絡分析儀的測量端口的有效方向性和/或有效的源端口匹配的方法，其中，接通一在出口處短路連接的精密空氣通道，復數的反射系數在該精密空氣通道入口處在一規定的頻率范圍內的一序列測量點上測量。其中，為了有效方向性，測量的復數的反射系數的序列經過一離散的傅里葉變換，從由此構成的頻譜中濾出基本頻帶。通過緊接著的相反的傅里葉逆變換獲得有效方向性值的序列。
對于此類測量的以短路連接的精密空氣通道為形式的必要的校準用基準件與待校準的儀器上的相應同軸耦合器相匹配。同軸耦合器通常如此設計，使得在內導體正端面相碰之前，同軸耦合器在共插時與相應的外導體彼此相碰，以便避免在同軸耦合器中的損害。在相碰的外導體之間的接觸面也稱為參考平面。在尺寸上精確地制作的同軸耦合器上，由于構件公差，插頭和插座的內導體比外導體更早相碰是可能的。如果接著憑借相應的力消耗將插頭和插座推到一起，以便也使外導體端面相碰，在各個內導體區域內會造成同軸耦合器的損害。因此，通常插頭和插座以內導體接觸的端面與外導體接觸面(參考平面)的不同距離設置，使得在相碰的外導體上，插頭和插座內導體端面之間保留一段距離。例如，這種的偏差量為2/100至3/100mm。由于內導體之間的力，這會保護插接連接免受損害。
然而，該偏差量在上面說明的校準方法中會以不希望的消極方式影響測量結果，或以無法預料的方式歪曲測量值并由此減少精度。因此，值得期望的是提供一校準用基準件，其中在待校準的儀器和插入的校準用基準件之間的同軸插接連接的偏差量能夠調整為零。為此，校準用基準件的內導體必須設計為可相對于校準用基準件的外導體移動。然而，特別是在以短路連接的精密空氣通道為形式的校準用基準件中，當內導體和外導體之間的短路連接沒有精確地實行時，它是一誤差的潛在源。因此，在已知的“短路”型校準用基準件中，所述連接設計為固定的和不可拆卸的。
發明內容
本發明的目的在于，在使用范圍和校準精度方面改進上述類型的校準用基準件。
按本發明，該目的通過一具有權利要求1所述特征的上述類型的校準用基準件實現。本發明的有利的構造在其它權利要求中說明。
在一上述類型的校準用基準件中，按本發明規定，設置一接觸襯套，外導體部件和內導體部件軸向相互可移動地固定在該接觸襯套上，其中一接觸機構如此設置和構成，使得該接觸機構有選擇地作用在接觸襯套上，從而接觸襯套產生以內導體部件和外導體部件之間可拆卸的電接觸為形式的短路連接，同時將內導體部件和外導體部件機械地確定在其彼此相對的位置上。
其優點在于，由于內導體部件和外導體部件之間可拆卸的短路，在內導體和外導體之間連同調整機構，為了精確地可調節校準用基準件的同軸耦合器的內導體和參考平面(外導體正面)之間的偏差量，提供一高質量的精密測量裝置，該精密測量裝置可以匹配待校準的儀器的同軸耦合器上的外導體和內導體之間的任意偏差量，并且也補償偏差量中的構件公差，也就是說，要校準的儀器的同軸耦合器的內導體部件的接觸端面和校準用基準件的同軸耦合器的內導體部件的接觸端面之間的一道縫隙不依賴于內導體與參考平面和組件公差之間的預先確定的距離被最小化或消除，由此，由于要校準的儀器和校準用基準件的同軸耦合器中的偏差量，一測量誤差被最小化或消除。
在一優選的實施方式中，接觸襯套設計為在一事先確定的軸向的接觸區域上徑向可彈性變形并且具有至少一個接觸面，并與外導體部件不可拆卸地導電以及不可拆卸地機械連接，其中內導體部件具有一接觸面，該接觸面在裝配的內導體部件上在接觸襯套徑向地彈性地可變形的軸向接觸區域內面向所述至少一個接觸面，其中接觸機構如此設置和構成，使得它使該接觸襯套有選擇地徑向地彈性地變形，用于產生內導體部件和外導體部件之間的電接觸，并在接觸襯套徑向地彈性地可變形的軸向接觸區域內以相應的接觸力將至少一個接觸面壓到內導體部件的接觸面上。內導體部件上的接觸面例如設計為環形凸緣。
例如，由此獲得軸向接觸區域的徑向可變形性，即接觸襯套在軸向接觸區域內至少具有兩個在軸向上延伸的槽，它們優選地在圓周方向上均勻地間隔距離。
在一優選的實施方式中，在接觸襯套的軸向區域的至少一個接觸面區域內，接觸襯套的軸向接觸區域具有至少一個從接觸襯套的外圓周徑向凸起的斜面，其中接觸機構包括一鎖緊螺母，它借助一在接觸襯套上的外螺紋和鎖緊螺母上的內螺紋之間的螺紋嚙合與接觸襯套可拆卸地并在軸向上通過一螺旋運動相對于接觸襯套可運動地固定，其中鎖緊螺母具有一止擋面，該止擋面如此設置和設計，使得它在將鎖緊螺母旋入接觸襯套中時借助接觸襯套的軸向接觸區域的所述至少一個斜面相互作用地在軸向接觸區域內使接觸襯套徑向地向內彈性地變形，并將接觸襯套的軸向接觸區域的所述至少一個接觸面壓在內導體部件的接觸面上。
例如，接觸襯套的軸向接觸區域具有至少一對徑向相對的斜面，為該斜面在接觸襯套內側配設一對與此相應的相對的接觸面。
合乎目的地，在圓周方向上均勻地間隔距離地設置斜面。
為了使在旋入和擰緊鎖緊螺母時將作用在接觸襯套上的扭力和它向內導體部件的傳遞最小化，在接觸襯套的軸向接觸區域的所述至少一個斜面和鎖緊螺母的止擋面之間設置一緊壓環，該緊壓環將鎖緊螺母的止擋面的一軸向定向的力傳遞到接觸襯套的軸向接觸區域的所述至少一個斜面上。
在緊壓環內側和接觸襯套軸向段的至少一個斜面之間的、以一作為環線在圓周方向上延伸的線接觸為形式的一精確確定的滑動接觸由此獲得，即緊壓環的一面向接觸襯套的軸向接觸段的至少一個斜面的內表面設有圓角，使得緊壓環的一內徑從緊壓環的面向鎖緊螺母的止擋面的端部向緊壓環的面向接觸襯套的軸向接觸區域的至少一個斜面的端部擴大。
由此獲得一種機械上性能特別可靠的、同時在制造和安裝中成本低廉的結構，即外導體部件和內導體部件在接觸襯套內圓周上固定在該接觸襯套上。
例如，在接觸襯套和內導體部件之間的固定設計為在內導體部件上的一外螺紋和接觸襯套上的內螺紋之間的螺紋嚙合。
通過接觸襯套上的內螺紋構成在接觸襯套的開槽的軸向接觸區域內，在擰緊的鎖緊螺母上，一機械的固定不僅在內導體部件和接觸襯套互相擠壓的接觸面區域內形成，而且額外地通過一在螺紋嚙合區域內的機械摩擦連接在內導體部件和接觸襯套之間形成。由此，內導體部件和接觸襯套之間的機械和電連接被分離，使得外導體部件和內導體部件之間的短路連接通過接觸襯套消除可能變化的機械負荷，這可能損害短路連接的質量或精度。
以下借助附圖更詳細地說明本發明。附圖中圖1示出以同軸插座為形式的按本發明的校準用基準件的優選實施方式的透視圖；圖2示出按圖1所示的校準用基準件的剖視圖；圖3示出以同軸插頭為形式的按本發明的校準用基準件優選實施方式的透視圖；圖4示出按圖3所示的校準用基準件的剖視圖；圖5示出用于按圖1或圖3所示的校準用基準件的鎖緊螺母的透視圖；圖6示出按圖5所示的鎖緊螺母的部分剖開的側視圖；圖7示出按圖1或圖3所示的校準用基準件的緊壓環的透視圖；圖8示出按圖7所示的緊壓環的剖視圖；圖9示出用于按圖1或圖3所示的校準用基準件的接觸襯套的透視圖；圖10示出按圖9所示的接觸襯套的部分剖開的側視圖。
具體實施例方式
在圖1至圖4中說明一按本發明的作為同軸插座(圖1和圖2)或同軸插頭(圖3和圖4)的校準用基準件，該校準用基準件也被稱為“Offset-Short”，特別從圖2和圖4中可看出，它包括一個帶調整螺釘12的內導體部件10，一個外導體部件14，一個接觸襯套16，一個定位螺栓或定位或鎖緊螺母18和一個緊壓環20。外導體部件14和接觸襯套16構成一固定的單元。同樣，內導體部件10和調整螺釘12也構成一固定的單元，其中在所說明的實施方式中，內導體部件10和調整螺釘12互相旋緊。內導體部件10在22處借助一螺紋嚙合(在圖2和圖4的剖視圖中未示出)在調整螺釘12上的外螺紋和在接觸襯套16上的內螺紋之間與接觸襯套16相連，其中通過旋轉調整螺釘12，內導體部件10能夠相對于外導體部件14軸向運動。由此，能夠連續地調整一內導體部件的端面和一外導體部件的端面(參考平面)之間的偏差量亦即間距。
從圖5和圖6中可見，定位或鎖緊螺母18包括一內螺紋24和一止擋面26，該止擋面設計為環形、沿圓周方向環繞地并且在軸向上定向。在一外側28上，定位或鎖緊螺母18設計為具有一滾花的表面30，該表面簡化或支持通過使用者對定位或鎖緊螺母的手動的、旋轉的操作。
從圖9和圖10中可見，接觸襯套16具有一軸向接觸區域，該接觸區域設有多個沿軸向延伸的、在圓周方向上均勻的相互等距離的槽36。通過這些槽36，在接觸襯套16的軸向接觸區域內構成互相分離的段38，這些段在徑向上能夠彈性地偏轉。另外，在接觸襯套16的開槽的軸向接觸區域內設置一徑向錐形擴大的段40，該段在接觸襯套16的外側上的每個段38中構成一斜面42，其中在接觸襯套38的內側上，相對于每個斜面42在每段38上設置一接觸面44。此外，接觸襯套16在其外圓周上具有一外螺紋46。接觸襯套的內螺紋此前提到并且由于截面表示的方式未示出的，所述接觸襯套的內螺紋設計為用于在接觸襯套的開槽的軸向接觸區域內嚙合調整螺釘12的外螺紋。
從圖7和圖8中可見，緊壓環20的內表面設計具有圓角-其功能下文會詳細說明-使得緊壓環20的內徑通過其軸向延伸改變。緊壓環20在接觸襯套16的軸向錐形擴大的段40的斜面42和定位或鎖緊螺母18的止擋面26之間如此設置，使得緊壓環20的內表面32貼靠斜面42。通過緊壓環20的內表面的倒圓的構造，產生一在圓周方向上環繞的滑動的接觸線，該接觸線的形式為在緊壓環20的內表面32和斜面42之間由于槽36中斷的環形凸緣。
定位或鎖緊螺母18借助于在定位或鎖緊螺母18的內螺紋24和接觸襯套16的外螺紋46之間的螺紋嚙合固定在該接觸襯套上。通過將定位或鎖緊螺母18旋緊到接觸襯套16的外螺紋46上，定位或鎖緊螺母18在軸向上相對于接觸襯套16移動，使得在接觸襯套16的徑向錐形擴大的段40的斜面42和定位或鎖緊螺母18的止擋面26之間的軸向距離縮短，從而定位或鎖緊螺母18的止擋面26將緊壓環20軸向推移到斜面42上。由此，通過斜面42和緊壓環20的內表面32之間的滑動接觸線，一沿軸向指向的力作用到斜面42上，該斜面使本身由于傾斜在徑向向內指向的、作用到段38上的力偏轉。通過所述力，段38借助不斷旋緊定位或鎖緊螺母18始終不斷徑向向內擠壓，并相應地徑向彈性地偏轉。
內導體部件10在接觸面44的區域內具有一環形凸緣48，所述接觸面在接觸襯套16的內側上設計為徑向向內指向的，所述環形凸緣在其外圓周上構成一徑向向外指向的、在圓周方向上環繞的接觸面，該接觸面用于外導體部件14和內導體部件10之間一短路連接。隨著定位或鎖緊螺母18旋緊到接觸襯套16的外螺紋46上時段38徑向偏轉的增加，在接觸襯套16的內表面上的接觸面44向環形凸緣48的接觸面擠壓。由此在內導體部件10和接觸襯套16之間借助相應的接觸壓力和相應的接觸面產生一電連接。在此，接觸壓力由旋緊的定位或鎖緊螺母18產生并保持。由于接觸襯套16另一方面與外導體部件14牢固地電和機械相連，通過接觸襯套16在環形凸緣48上在外導體部件14和內導體部件10之間產生一電的短路連接。電的短路連接能夠通過按本發明的結構功能可靠地且以足夠質量的可重復地產生。
段38的徑向偏轉也導致接觸襯套16的在這些段38的區域內構成的內螺紋的相應的變形，該內螺紋用于與調整螺釘12的外螺紋嚙合。由此，在段38偏轉時，除了電短路接觸之外，在調整螺釘12和接觸襯套16之間的螺紋嚙合被鎖止，由此在螺紋范圍內，接觸襯套16和調整螺釘12以及內導體部件10之間產生機械的固定連接。該機械的連接在環形凸緣48區域內與電短路接觸局部分離。
在圖2、4和10中，一剖開的平面正好延伸通過接觸襯套16的槽36，使得在剖視圖中，只在接觸襯套16的軸向端部上分別產生一帶剖面線的剖面。
例如，通過按本發明的校準用基準件的校準如下進行確定要校準的儀器在插接界面(同軸插頭或同軸插座)上內導體部件端面和參考平面(外導體部件端面)之間的偏差量。將偏差量連接到校準用基準件(同軸插頭或同軸插座)上。旋轉調整螺釘12，直到調整到校準用基準件的同軸耦合器上希望的偏差量，即偏差量測量儀顯示希望的偏差量。旋轉定位或鎖緊螺釘18，直到通過軸向推移，該緊壓環20經由斜面42將段38的接觸面44徑向擠向內導體部件10的環形凸緣48的接觸面。這在內導體部件10和外導體部件14之間通過接觸襯套16產生一精確的短路連接并提供—如上所述—接觸襯套16和調整螺釘12或內導體部件10之間一機械的固定連接。此外，現在所有零件10、14、16和18都彼此固定地機械連接。
按本發明的校準用基準件提供一具有連續調整任意偏差量的可能性的調整機構的簡單操作。通過在要校準的儀器的插接界面上偏差量的平衡，避免由于內導體縫隙可能產生的測量誤差。在要校準的儀器的測量器和測量物亦即校準用基準件之間只有一個插接連接。對于以電介質為形式的內導體不需要額外的支撐元件，因為接觸襯套16承擔該支撐功能。功能原則能夠轉移到任意同軸截面上。內導體部件10三重引導，即在短路平面中向外導體，通過在調整螺釘和接觸襯套16之間的螺紋連接以及通過定位或鎖緊螺母18作用到環形凸緣48上的壓力。緊壓環20是在內側32上具有輕微圓角的一松動的單個構件。由此，在接觸襯套16開槽的斜面40、42上有一準確確定的滑動連接。由于一銳利的接觸邊緣或者一可能扁平的接觸，內側32的直的實施方式是不利的。此外，在錐體40和定位或鎖緊螺母18的松動的滑動連接還導致直到定位或鎖緊螺母18精確拉緊，滑動的緊壓環20使在錐體40上的扭力最小化，進而轉移到內導體部件10上。在緊壓環20和定位或鎖緊螺母18的一固定單元上，這不保證。校準用基準件能夠迅速而簡單地拆成所有的單個零件。這以優選的方式使在全部導線長度上測量導線直徑成為可能，并由此保證到電測量結果的還原性。保養和修理同樣被簡化。
權利要求
1.一種校準用基準件，其形式為具有同軸空氣通道的同軸耦合器特別是同軸插頭或同軸插座，用于連接在一待校準的儀器的一同軸耦合器上，特別是連接在一矢量網絡分析儀(VNA)的測量端口上，其中同軸耦合器具有一內導體部件(10)和一與其同軸設置的外導體部件(14)，并在內導體部件和外導體部件之間設置一短路連接，其特征在于，設置一接觸襯套(16)，外導體部件(14)和內導體部件(10)軸向相互可移動地固定在該接觸襯套上，其中一接觸機構(18)如此設置和構成，使得該接觸機構有選擇地作用在接觸襯套(16)上，從而接觸襯套(16)在內導體部件(10)和外導體部件(14)之間產生一種可松開的電接觸(44、48)形式的短路連接，同時內導體部件(10)和外導體部件(14)機械地固定在其彼此相對的位置上。
2.按權利要求1所述的校準用基準件，其特征在于，接觸襯套(16)設計為在預先確定的軸向的接觸區域內可徑向彈性變形并且具有至少一個接觸面(44)，并與外導體部件(14)不可拆卸地導電以及不可拆卸地機械連接，其中內導體部件(10)具有一接觸面，該接觸面在裝配的內導體部件上，在接觸襯套(16)徑向地可彈性變形的軸向接觸區域內面向所述至少一個接觸面(44)，其中接觸機構(18)如此設置和構成，使得為了產生內導體部件(10)和外導體部件(14)之間的電接觸，該接觸機構使接觸襯套(16)有選擇地徑向彈性地變形，并在接觸襯套(16)的徑向彈性地可變形的軸向接觸區域內以相應的接觸力將所述至少一個接觸面(44)壓在內導體部件(10)的接觸面(48)上。
3.按權利要求2所述的校準用基準件，其特征在于，內導體部件上的接觸面設計為環形凸緣(48)。
4.按權利要求2或3所述的校準用基準件，其特征在于，接觸襯套(16)在軸向接觸區域內具有至少兩個在軸向上延伸的槽(36)。
5.按權利要求4所述的校準用基準件，其特征在于，這些槽(36)在圓周方向上均勻地相互間隔距離。
6.按權利要求2至5至少任一項所述的校準用基準件，其特征在于，在接觸襯套(16)的軸向區域的所述至少一個接觸面(44)區域內，接觸襯套(16)的軸向接觸區域具有至少一個從接觸襯套(16)的外圓周徑向凸起的斜面(42)，其中接觸機構包括一鎖緊螺母(18)，該鎖緊螺母借助一在接觸襯套(16)上的外螺紋(46)和鎖緊螺母(18)上的內螺紋(24)之間的螺紋嚙合與接觸襯套(16)可拆卸地且在軸向上通過一螺旋運動相對于接觸襯套(16)可運動地固定，其中鎖緊螺母(18)具有一止擋面(26)，該止擋面如此設置和構成，使得該止擋面在將鎖緊螺母(18)旋入接觸襯套上時借助接觸襯套(16)軸向接觸區域的所述至少一個斜面相互作用地使接觸襯套(16)在軸向接觸區域內徑向地向內彈性地變形，并將接觸襯套(16)的軸向接觸區域的所述至少一個接觸面(44)壓在內導體部件(10)的接觸面(48)上。
7.按權利要求6所述的校準用基準件，其特征在于，接觸襯套(16)的軸向接觸區域具有至少一對徑向相對的斜面(42)，為該斜面在接觸襯套(16)的內側上配設一對與其相應的相對的接觸面(44)。
8.按權利要求6或7所述的校準用基準件，其特征在于，斜面(42)在圓周方向上均勻地相互間隔距離。
9.按權利要求6至9至少任一項所述的校準用基準件，其特征在于，在接觸襯套(16)的軸向接觸區域的所述至少一個斜面(42)和鎖緊螺母(18)的止擋面(26)之間設置一緊壓環(20)，該緊壓環將鎖緊螺母(18)的止擋面(26)的一軸向定向的力傳遞到接觸襯套(16)的軸向接觸區域的所述至少一個斜面(42)上。
10.按權利要求9所述的校準用基準件，其特征在于，緊壓環(20)的一面向接觸襯套(16)的軸向接觸段的所述至少一個斜面(42)的內表面(32)設有一圓角，使得緊壓環(20)的內徑從緊壓環(20)的一面向鎖緊螺母(18)的止擋面(26)的端部向緊壓環(20)的面向接觸襯套(16)的軸向接觸區域的所述至少一個斜面(42)的端部擴大。
11.按上述權利要求至少任一項所述的校準用基準件，其特征在于，外導體部件(14)和內導體部件(10)在接觸襯套(16)的內圓周上固定在該接觸襯套上。
12.按上述權利要求至少任一項所述的校準用基準件，其特征在于，在接觸襯套(16)和內導體部件(10、12)之間的固定設計為內導體部件(10、12)上的一外螺紋和接觸襯套(16)上的一內螺紋之間的螺紋嚙合。
13.按權利要求12和權利要求4和5至少任一項所述的校準用基準件，其特征在于，接觸襯套(16)上的內螺紋構成在接觸襯套(16)的開槽的軸向接觸區域內。
全文摘要
在以一包括同軸空氣通道的同軸耦合器特別是同軸插頭或同軸插座為形式的校準用基準件上，用于連接一待校準的儀器的同軸耦合器，特別是連接一矢量網絡分析儀(VNA)的測量端口，其中同軸耦合器具有一內導體部件(10)和一與其同軸設置的外導體部件(14)，并在內導體部件和外導體部件之間設置一短路連接，本發明的特征在于，設置一接觸襯套(16)，外導體部件(14)和內導體部件(10)軸向相互可移動地固定在該接觸襯套上，其中一接觸機構(18)如此設置和構成，使得該接觸機構有選擇地作用在接觸襯套(16)上，從而接觸襯套(16)在內導體部件(10)和外導體部件(14)之間產生一種可松開的電接觸(44、48)形式的短路連接，同時內導體部件(10)和外導體部件(14)機械地固定在其彼此相對的位置上。
文檔編號H01R13/646GK1993621SQ200580025654
公開日2007年7月4日 申請日期2005年7月26日 優先權日2004年8月25日
發明者F·維斯, R·歐普爾特, G·耐斯特勒 申請人:羅森伯格高頻技術有限及兩合公司