弯式射频同轴连接器的补偿方法

2014-01-21 来源:微波射频网 字号:

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:


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

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

图3  用金属衬垫(含金属微粒环氧树脂的)弯头结构

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)

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


(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

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。

 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

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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