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弯式射频同轴连接器的补偿问题研究

2020年04月06日 14:44 次阅读

一、引言

解决弯式L16型射频同轴连接器阻抗不连续问题;研制、生产出具有低电压驻波比(VSWR)特性的产品,满足宽频带微波传输设备的需要,是设计中需要解决的问题。

早在1968年前,国外对N型直角同轴连接器(弯式L16同轴连接器结构与之相同,仅相配螺纹为公制螺纹)的阻抗不连续的补偿问题进行了较多研究。对介质表面电镀银作为弯式连接器的外导体的延续;并通过实验最佳除去镀银层,实现弯角处阻抗不连续的补偿。也有用电缆介质芯子和金属衬垫(或用导电微粒的环氧树脂)作外导体的延续,实现补偿的目的。也许是工艺制造问题,这种新型直角同轴连接器至今还没有商品销售。

1986年,国内行业质量评比,弯式L16型射频同轴连接器的电压驻波比,评比结果不好,大多数厂家均未达到部标要求(在频率达到10GHz,VSWR已大于1.5)。

如何解决这一问题,尽快生产出具有低电压驻波比特性的弯式L16(或N型直角)型同轴连接器,目前还未见报导。本文介绍的关于弯式同轴连接器的补偿设计方法,是根据同轴传输线的原理,采用直角弯曲等直径过渡;同时,应用同轴线的特性阻抗与介质占空比例有关的原理,通过最佳切割90°介质尖角,实现阻抗连续,达到补偿目的。并给出电压驻波比测试的结果。

二、分析与改进

1. 弯式L16型同轴连接器弯角处特性阻抗不连续的原因有:

(1)直角弯曲处采用内导体直径变细的方法弯曲过渡;特性阻抗在外导体内径不变的情况下,随内导体外径的减小而升高。造成线上阻抗不连续。

(2)绝缘支撑(介质)直径在90°弯角处其截面呈椭圆状,长轴直径加大,此处出现高阻抗,阻抗偏差大。根据公式弯式射频同轴连接器的补偿方法可以看出阻抗偏差△Z值越大,电压驻波比也越大。

(3)弯式L16型同轴连接器存在一个最低截止频率,根据公式截止频率弯式射频同轴连接器的补偿方法它的单位为GHz。在弯角处该连接器的截止频率为10.2GHz,低于标准规定的测量频率(11GHz),当测量频率达11GHz时,电压驻波比超过标准规定。

2. 对阻抗不连续的补偿方法有很多。根据文献资料介绍有下列几种方法:

弯式射频同轴连接器的补偿方法

Z=50Ω

D-外导体内径

d-内导体外径

Δ≈0.05D

图1 弯头外导体内表面切割

弯式射频同轴连接器的补偿方法

Z=50Ω

D-外导体内径

d-内导体外径

Δ≈0.2D

图2 弯头内导体弯角切割

弯式射频同轴连接器的补偿方法

图3 用金属衬垫(含金属微粒环氧树脂的)弯头结构

弯式射频同轴连接器的补偿方法

图4 最佳除去镀银层的弯头结构

以上各种补偿方法由于受到结构和工艺条件限制,生产中还没有见到应用。

根据同轴线的设计原理,为消除弯式L16型同轴连接器弯角处阻抗不连续,现采用内导体等直径弯曲过渡,克服表面形状突变;并利用特性阻抗公式弯式射频同轴连接器的补偿方法中特性阻抗与介质占空比例有关的原理,在外导体内径D、内导体外径d不变的情况下,改变介质(聚四氟乙烯介质)的总体积比例χ值,通过计算和实验选择最佳χ值为0.42,实现弯角处特性阻抗连续。(图5)

弯式射频同轴连接器的补偿方法

图5 内导体等直径弯曲90°介质切割结构

三、试验结果与讨论

取改进前和改进后(采取补偿设计)的弯式L16型射频同轴连接器各4对,按SJ2331-81《射频连接器电压驻波比测试法》准备样品,进行测试。测量数据和绘制的电压驻波比与频率关系曲线见表1、2和图6、7。

从试验结果看出,采用内导体等直径弯曲过渡并对90°介质尖角进行最佳切割,使介质占空比例达到阻抗连续的规定值从而实现补偿。

用扫频测量法测得电压驻波比值比传统的点频法测得的数据偏大。这是因为扫频法对带电缆段的被测样品,在测试时测试频率的电长度因电缆长度不同而带来误差。点频法测量可以校正测试频率,克服电缆长度误差影响,使测量结果能反映出被测样品的实际情况。

表1 改进前L16-JW5与L16-KF5电压驻波比测量数据

弯式射频同轴连接器的补偿方法

(FS-系统剩余电压驻波比)

表2 改进后L16-JW5与L16-KF5电压驻波比测量数据

弯式射频同轴连接器的补偿方法

注:使用的仪器及设备:XB28A标准信号发生器。 XB—7标准信号发生器。

XB—9A标准信号发生器。 TC8D同轴测量线。

XFL—68信号发生器。 TC-35同轴测量线。

弯式射频同轴连接器的补偿方法

A-没有补偿的样品 B-补偿后的样品

图6 弯式L16射频连接器补偿前后点频法测量电压驻波比曲线

弯式射频同轴连接器的补偿方法

图7

对L16-JW5与L16-KF5扫频测量电压驻波比用仪器、设备:

1、8757A 扫频网络分析仪

2、8350B 扫频振荡器

3、85027C 10MHz—18GHz电桥

4、8491B 10dB隔离器

四、结束语

经过多次试验和小批量生产考验,关于弯式L16型射频同轴连接器的特性阻抗不连续的补偿,通过采用对内导体等直径直角弯曲过渡,并对90°介质尖角进行最佳切割可以实现。试验表明,这种补偿可使弯式L16型同轴连接器在频率达10GHz时,电压驻波比(VSWR)不大于1.5。补偿方法适合批量生产。

参文考献

[1] ALEXANDER R. BRISHKA: A NOVEL ANGLE CONNECTOR. SEALECTRO CORPORATION MAMARONECK, N. Y. 10543.

[2] 张方英编《天线及馈电设备》北京科技教育出版社 1961.7.

[3]《无线电工程译文》 1971.2.

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