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          彎式射頻同軸連接器的補償方法

          一、引言

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

          早在1968年前,國外對N型直角同軸連接器(彎式L16同軸連接器結構與之相同,僅相配螺紋為公制螺紋)的阻抗不連續的補償問題進行了較多研究。對介質表面電鍍銀作為彎式連接器的外導體的延續;并通過實驗除去鍍銀層,實現彎角處阻抗不連續的補償。也有用電纜介質芯子和金屬襯墊(或用導電微粒的環氧樹脂)作外導體的延續,實現補償的目的。也許是工藝制造問題,這種新型直角同軸連接器至今還沒有商品銷售。

          1986年,國內行業質量評比,彎式L16型射頻同軸連接器的電壓駐波比,評比結果不好,大多數廠家均未達到部標要求(在頻率達到10GHz,VSWR已大于1.5)。

          如何解決這一問題,盡快生產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,目前還未見報導。本文介紹的關于彎式同軸連接器的補償設計方法,是根據同軸傳輸線的原理,采用直角彎曲等直徑過渡;同時,應用同軸線的特性阻抗與介質占空比例有關的原理,通過切割90°介質尖角,實現阻抗連續,達到補償目的。并給出電壓駐波比測試的結果。

          二、分析與改進

          1. 彎式L16型同軸連接器彎角處特性阻抗不連續的原因有:

          (1)直角彎曲處采用內導體直徑變細的方法彎曲過渡;特性阻抗在外導體內徑不變的情況下,隨內導體外徑的減小而升高。造成線上阻抗不連續。
          (2)絕緣支撐(介質)直徑在90°彎角處其截面呈橢圓狀,長軸直徑加大,此處出現高阻抗,阻抗偏差大。根據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最低截止頻率,根據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,低于標準規定的測量頻率(11GHz),當測量頻率達11GHz時,電壓駐波比超過標準規定。

          2. 對阻抗不連續的補償方法有很多。根據文獻資料介紹有下列幾種方法:


          Z=50Ω
          D-外導體內徑
          d-內導體外徑
          Δ≈0.05D
          圖1  彎頭外導體內表面切割

          Z=50Ω
          D-外導體內徑
          d-內導體外徑
          Δ≈0.2D
          圖2  彎頭內導體彎角切割

          圖3  用金屬襯墊(含金屬微粒環氧樹脂的)彎頭結構

          圖4  除去鍍銀層的彎頭結構

          以上各種補償方法由于受到結構和工藝條件限制,生產中還沒有見到應用。
           
          根據同軸線的設計原理,為消除彎式L16型同軸連接器彎角處阻抗不連續,現采用內導體等直徑彎曲過渡,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占空比例有關的原理,在外導體內徑D、內導體外徑d不變的情況下,改變介質(聚四氟乙烯介質)的總體積比例χ值,通過計算和實驗選擇最佳χ值為0.42,實現彎角處特性阻抗連續。(圖5)

          圖5   內導體等直徑彎曲90°介質切割結構

          三、試驗結果與討論

          取改進前和改進后(采取補償設計)的彎式L16型射頻同軸連接器各4對,按SJ2331-81《射頻連接器電壓駐波比測試法》準備樣品,進行測試。測量數據和繪制的電壓駐波比與頻率關系曲線見表1、2和圖6、7。

          從試驗結果看出,采用內導體等直徑彎曲過渡并對90°介質尖角進行切割,使介質占空比例達到阻抗連續的規定值從而實現補償。

          用掃頻測量法測得電壓駐波比值比傳統的點頻法測得的數據偏大。這是因為掃頻法對帶電纜段的被測樣品,在測試時測試頻率的電長度因電纜長度不同而帶來誤差。點頻法測量可以校正測試頻率,克服電纜長度誤差影響,使測量結果能反映出被測樣品的實際情況。

          表1  改進前L16-JW5與L16-KF5電壓駐波比測量數據


          (FS-系統剩余電壓駐波比)
           
          表2  改進后L16-JW5與L16-KF5電壓駐波比測量數據

          注:使用的儀器及設備:XB28A標準信號發生器。    XB—7標準信號發生器。
                                XB—9A標準信號發生器。   TC8D同軸測量線。
                                XFL—68信號發生器。      TC-35同軸測量線。

           A-沒有補償的樣品    B-補償后的樣品

          圖6  彎式L16射頻連接器補償前后點頻法測量電壓駐波比曲線

          圖7

          對L16-JW5與L16-KF5掃頻測量電壓駐波比用儀器、設備:
                  1、8757A    掃頻網絡分析儀
                  2、8350B    掃頻振蕩器
                  3、85027C   10MHz—18GHz電橋
                  4、8491B    10dB隔離器

          四、結束語

          經過多次試驗和小批量生產考驗,關于彎式L16型射頻同軸連接器的特性阻抗不連續的補償,通過采用對內導體等直徑直角彎曲過渡,并對90°介質尖角進行切割可以實現。試驗表明,這種補償可使彎式L16型同軸連接器在頻率達10GHz時,電壓駐波比(VSWR)不大于1.5。補償方法適合批量生產。

          參文考獻

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

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