一、引言

用于各種寬帶微波通信設(shè)備的同軸連接器，通過縮小內(nèi)、外導(dǎo)體直徑來擴(kuò)展工作頻率范圍的辦法，已不能滿足要求。

近幾年來，國(guó)外有文章報(bào)導(dǎo)，用改變同軸連接器內(nèi)絕緣支撐的介質(zhì)體積比例[1]，減小它的有效介電常數(shù)，用這種辦法進(jìn)行寬頻帶絕緣支撐、寬頻帶耐高溫及耐輻照絕緣支撐與毫米波段絕緣支撐的設(shè)計(jì)。

本文提出的“介質(zhì)切割法”的原理、阻抗不連續(xù)的補(bǔ)償?shù)睦碚撘罁?jù)，以及應(yīng)用計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量曲線，在生產(chǎn)中得到驗(yàn)證，可供參考。

二、原理

介質(zhì)切割法是應(yīng)用同軸傳輸線中，有絕緣支撐的介質(zhì)的有效介電常數(shù)與其體積比例有關(guān)，支撐段的截止頻率與等效介電常數(shù)成反比的特性[2]，減小介質(zhì)(固體介質(zhì))支撐的占空比例，可以獲得較小的等效介電常數(shù)值。從而達(dá)到拓寬工作頻率范圍的目的。同理，固體介質(zhì)絕緣支撐體積比例的改變，影響著支撐段的特性阻抗。最佳切割(設(shè)計(jì))，可以使阻抗不連續(xù)部分變得平滑，得到補(bǔ)償[3]。

三、應(yīng)用與計(jì)算

介質(zhì)切割法用于射頻同軸連接器中介質(zhì)絕緣支撐的設(shè)計(jì)。公式：表明，同軸線的外導(dǎo)體內(nèi)直徑D與內(nèi)導(dǎo)體外直徑d已定，將絕緣支撐切割成與空氣介質(zhì)混合使用，獲得較小的(接近于空氣的)等效介電常數(shù)ε。實(shí)現(xiàn)、提高截止頻率fc(或縮小λc)的目的。應(yīng)用介質(zhì)切割法最佳切割(設(shè)計(jì))不同形狀的絕緣支撐，其等效介電常數(shù)的計(jì)算見表1。

表1  不同形狀的絕緣支撐等效介電常數(shù)計(jì)算表

續(xù)表1

1. 寬頻帶耐高溫、耐輻照絕緣支撐的切割(設(shè)計(jì))

耐高溫、耐輻照絕緣支撐，通常采用熔凝硅、康寧玻璃1723^#等材料，這類材料介電常數(shù)ε偏高(ε=3.78)。這將使支撐段的截止頻率變低。在保證有足夠機(jī)械強(qiáng)度的前提下，應(yīng)盡量減少支撐材料。用介質(zhì)切割法設(shè)計(jì)支撐呈星形或輪輻形。截止頻率達(dá)到12GHz時(shí)，電壓駐波比＜1.3。

2. 寬帶絕緣支撐的切割(設(shè)計(jì))

新開發(fā)的特性阻抗為75Ω的1.6/5.6系列同軸連接器，在反射系數(shù)r≤0.1時(shí)，最大工作頻率為1GHz。應(yīng)用介質(zhì)切割法原理，“支撐”設(shè)計(jì)呈星形。在基本結(jié)構(gòu)相同的情況，r≤0.1的條件下，頻率達(dá)到10GHz。支撐形狀見表1序號(hào)6所示。

3. 毫米波段絕緣支撐的切割(設(shè)計(jì))

毫米波段的同軸連接器，截止頻率高達(dá)40GHz以上。“支撐”分界面上，反射盡可能小。全固體介質(zhì)支撐，不能滿足要求，應(yīng)用介質(zhì)切割法，最佳切割(設(shè)計(jì))絕緣支撐，能獲得理想的效果。公式： ，在介質(zhì)材料選定時(shí)，改變(切割)介質(zhì)體積比例(即固體介質(zhì)挖孔體積V孔/總體積)可獲得需要的等效介電常數(shù)ε值。支撐厚度L≤λc/4，取L=1.5mm，反射最小。毫米波段支撐形狀見表1序號(hào)4所示。

4. 直角連接器絕緣支撐的切割(設(shè)計(jì))

直角連接器的絕緣支撐，通常采用兩件帶45°斜角的絕緣支撐，對(duì)接成90°角過渡。彎角處固體介質(zhì)增厚，阻抗增加，破壞了連接器特性阻抗的連續(xù)。用介質(zhì)切割法，最佳切割支撐尖角處介質(zhì)，使阻抗平滑過渡，反射減小，提高尖角處截止頻率，獲得低的電壓駐波比。直角連接器的絕緣支撐的最佳切割(設(shè)計(jì))形狀見表1序號(hào)5所示。

四、結(jié)果與討論

寬帶耐高溫、耐輻照同軸連接器的絕緣支撐，用介質(zhì)切割法切割(設(shè)計(jì))成星形或輪輻形支撐，將康寧玻璃類介質(zhì)的介電常數(shù)ε(等于3.78，變換成等效介電常數(shù)1.93計(jì)算值)。該值的降低，使支撐段的截止頻率達(dá)到12GHz，電壓駐波比S≤1.3。新開發(fā)的1.6/5.6系列寬帶同軸連接器的絕緣支撐，用介質(zhì)切割法切割(設(shè)計(jì))，將最大工作頻率達(dá)1GHz，反射系數(shù)≤0.1的第二代產(chǎn)品，進(jìn)而發(fā)展為最大工作頻率達(dá)10GHz，反射系數(shù)≤0.1的第三代產(chǎn)品。毫米波段K型連接器的研制，應(yīng)用介質(zhì)切割法切割(設(shè)計(jì))的輪轂形絕緣支撐，將SMA型同軸連接器的截止頻率由24GHz，提高到40GHz。直角同軸連接器，用介質(zhì)切割法切割(設(shè)計(jì))彎角支撐，使彎角處阻抗變得平滑、連續(xù)，得到補(bǔ)償。

這些絕緣支撐的切割(設(shè)計(jì))，因制造和測(cè)量工作的限制，本文只能給出兩種典型結(jié)構(gòu)的同軸連接器的電壓駐波比與頻率關(guān)系曲線，加以說明。見圖1(a)和(b)所示。

五、結(jié)論

介質(zhì)切割法的提出，對(duì)最佳切割(設(shè)計(jì))各種寬頻帶同軸連接器的絕緣支撐，提高支撐段的截止頻率，拓寬射頻同軸連接器的工作頻率范圍，補(bǔ)償因設(shè)計(jì)和制造出現(xiàn)的阻抗不連續(xù)，提供了手段。切割方法可以采用模具壓制或機(jī)械切割。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳肇?fù)P、王新恩：“K型連接器的研制”《連接器與開關(guān)1990首屆年會(huì)論文集》
[2] 北京七五O信箱：《有關(guān)寬頻帶高溫及抗輻射射頻同軸連接器的研究》
[3] 孟祥剛譯：“新開發(fā)的10GHz(1.6/5.6mS)射頻同軸連接器”《機(jī)電元件》1990年第二期
[4] 韋開河：“彎式射頻同軸連接器的補(bǔ)償方法”《連接器與開關(guān)  1990年首屆年會(huì)論文集》

作者：韋開河