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彎式射頻同軸連接器的補(bǔ)償方法

2014-01-21 來(lái)源:微波射頻網(wǎng) 字號(hào):

一、引言

解決彎式L16型射頻同軸連接器阻抗不連續(xù)問題;研制、生產(chǎn)出具有低電壓駐波比(VSWR)特性的產(chǎn)品,滿足寬頻帶微波傳輸設(shè)備的需要,是設(shè)計(jì)中需要解決的問題。

早在1968年前,國(guó)外對(duì)N型直角同軸連接器(彎式L16同軸連接器結(jié)構(gòu)與之相同,僅相配螺紋為公制螺紋)的阻抗不連續(xù)的補(bǔ)償問題進(jìn)行了較多研究。對(duì)介質(zhì)表面電鍍銀作為彎式連接器的外導(dǎo)體的延續(xù);并通過(guò)實(shí)驗(yàn)最佳除去鍍銀層,實(shí)現(xiàn)彎角處阻抗不連續(xù)的補(bǔ)償。也有用電纜介質(zhì)芯子和金屬襯墊(或用導(dǎo)電微粒的環(huán)氧樹脂)作外導(dǎo)體的延續(xù),實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)哪康摹R苍S是工藝制造問題,這種新型直角同軸連接器至今還沒有商品銷售。

1986年,國(guó)內(nèi)行業(yè)質(zhì)量評(píng)比,彎式L16型射頻同軸連接器的電壓駐波比,評(píng)比結(jié)果不好,大多數(shù)廠家均未達(dá)到部標(biāo)要求(在頻率達(dá)到10GHz,VSWR已大于1.5)。

如何解決這一問題,盡快生產(chǎn)出具有低電壓駐波比特性的彎式L16(或N型直角)型同軸連接器,目前還未見報(bào)導(dǎo)。本文介紹的關(guān)于彎式同軸連接器的補(bǔ)償設(shè)計(jì)方法,是根據(jù)同軸傳輸線的原理,采用直角彎曲等直徑過(guò)渡;同時(shí),應(yīng)用同軸線的特性阻抗與介質(zhì)占空比例有關(guān)的原理,通過(guò)最佳切割90°介質(zhì)尖角,實(shí)現(xiàn)阻抗連續(xù),達(dá)到補(bǔ)償目的。并給出電壓駐波比測(cè)試的結(jié)果。

二、分析與改進(jìn)

1. 彎式L16型同軸連接器彎角處特性阻抗不連續(xù)的原因有:

(1)直角彎曲處采用內(nèi)導(dǎo)體直徑變細(xì)的方法彎曲過(guò)渡;特性阻抗在外導(dǎo)體內(nèi)徑不變的情況下,隨內(nèi)導(dǎo)體外徑的減小而升高。造成線上阻抗不連續(xù)。
(2)絕緣支撐(介質(zhì))直徑在90°彎角處其截面呈橢圓狀,長(zhǎng)軸直徑加大,此處出現(xiàn)高阻抗,阻抗偏差大。根據(jù)公式可以看出阻抗偏差△Z值越大,電壓駐波比也越大。
(3)彎式L16型同軸連接器存在一個(gè)最低截止頻率,根據(jù)公式截止頻率它的單位為GHz。在彎角處該連接器的截止頻率為10.2GHz,低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)量頻率(11GHz),當(dāng)測(cè)量頻率達(dá)11GHz時(shí),電壓駐波比超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

2. 對(duì)阻抗不連續(xù)的補(bǔ)償方法有很多。根據(jù)文獻(xiàn)資料介紹有下列幾種方法:


Z=50Ω
D-外導(dǎo)體內(nèi)徑
d-內(nèi)導(dǎo)體外徑
Δ≈0.05D
圖1  彎頭外導(dǎo)體內(nèi)表面切割

Z=50Ω
D-外導(dǎo)體內(nèi)徑
d-內(nèi)導(dǎo)體外徑
Δ≈0.2D
圖2  彎頭內(nèi)導(dǎo)體彎角切割

圖3  用金屬襯墊(含金屬微粒環(huán)氧樹脂的)彎頭結(jié)構(gòu)

圖4  最佳除去鍍銀層的彎頭結(jié)構(gòu)

以上各種補(bǔ)償方法由于受到結(jié)構(gòu)和工藝條件限制,生產(chǎn)中還沒有見到應(yīng)用。
 
根據(jù)同軸線的設(shè)計(jì)原理,為消除彎式L16型同軸連接器彎角處阻抗不連續(xù),現(xiàn)采用內(nèi)導(dǎo)體等直徑彎曲過(guò)渡,克服表面形狀突變;并利用特性阻抗公式中特性阻抗與介質(zhì)占空比例有關(guān)的原理,在外導(dǎo)體內(nèi)徑D、內(nèi)導(dǎo)體外徑d不變的情況下,改變介質(zhì)(聚四氟乙烯介質(zhì))的總體積比例χ值,通過(guò)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)選擇最佳χ值為0.42,實(shí)現(xiàn)彎角處特性阻抗連續(xù)。(圖5)

圖5   內(nèi)導(dǎo)體等直徑彎曲90°介質(zhì)切割結(jié)構(gòu)

三、試驗(yàn)結(jié)果與討論

取改進(jìn)前和改進(jìn)后(采取補(bǔ)償設(shè)計(jì))的彎式L16型射頻同軸連接器各4對(duì),按SJ2331-81《射頻連接器電壓駐波比測(cè)試法》準(zhǔn)備樣品,進(jìn)行測(cè)試。測(cè)量數(shù)據(jù)和繪制的電壓駐波比與頻率關(guān)系曲線見表1、2和圖6、7。

從試驗(yàn)結(jié)果看出,采用內(nèi)導(dǎo)體等直徑彎曲過(guò)渡并對(duì)90°介質(zhì)尖角進(jìn)行最佳切割,使介質(zhì)占空比例達(dá)到阻抗連續(xù)的規(guī)定值從而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。

用掃頻測(cè)量法測(cè)得電壓駐波比值比傳統(tǒng)的點(diǎn)頻法測(cè)得的數(shù)據(jù)偏大。這是因?yàn)閽哳l法對(duì)帶電纜段的被測(cè)樣品,在測(cè)試時(shí)測(cè)試頻率的電長(zhǎng)度因電纜長(zhǎng)度不同而帶來(lái)誤差。點(diǎn)頻法測(cè)量可以校正測(cè)試頻率,克服電纜長(zhǎng)度誤差影響,使測(cè)量結(jié)果能反映出被測(cè)樣品的實(shí)際情況。

表1  改進(jìn)前L16-JW5與L16-KF5電壓駐波比測(cè)量數(shù)據(jù)


(FS-系統(tǒng)剩余電壓駐波比)
 
表2  改進(jìn)后L16-JW5與L16-KF5電壓駐波比測(cè)量數(shù)據(jù)

注:使用的儀器及設(shè)備:XB28A標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。    XB—7標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。
                      XB—9A標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器。   TC8D同軸測(cè)量線。
                      XFL—68信號(hào)發(fā)生器。      TC-35同軸測(cè)量線。

 A-沒有補(bǔ)償?shù)臉悠?nbsp;   B-補(bǔ)償后的樣品

圖6  彎式L16射頻連接器補(bǔ)償前后點(diǎn)頻法測(cè)量電壓駐波比曲線

圖7

對(duì)L16-JW5與L16-KF5掃頻測(cè)量電壓駐波比用儀器、設(shè)備:
        1、8757A    掃頻網(wǎng)絡(luò)分析儀
        2、8350B    掃頻振蕩器
        3、85027C   10MHz—18GHz電橋
        4、8491B    10dB隔離器

四、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)和小批量生產(chǎn)考驗(yàn),關(guān)于彎式L16型射頻同軸連接器的特性阻抗不連續(xù)的補(bǔ)償,通過(guò)采用對(duì)內(nèi)導(dǎo)體等直徑直角彎曲過(guò)渡,并對(duì)90°介質(zhì)尖角進(jìn)行最佳切割可以實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)表明,這種補(bǔ)償可使彎式L16型同軸連接器在頻率達(dá)10GHz時(shí),電壓駐波比(VSWR)不大于1.5。補(bǔ)償方法適合批量生產(chǎn)。

參文考獻(xiàn)

[1] ALEXANDER  R. BRISHKA: A  NOVEL  ANGLE  CONNECTOR. SEALECTRO  CORPORATION  MAMARONECK, N. Y. 10543.
[2] 張方英編《天線及饋電設(shè)備》北京科技教育出版社    1961.7.
[3]《無(wú)線電工程譯文》    1971.2.

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