彎式射頻同軸連接器的補(bǔ)償問(wèn)題研究

一、引言

解決彎式L16型射頻同軸連接器阻抗不連續(xù)問(wèn)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(wèn)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(wèn)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(shù)脂）作外導(dǎo)體的延續(xù)，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)哪康?。也許是工藝制造問(wèn)題，這種新型直角同軸連接器至今還沒(méi)有商品銷(xiāo)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(wèn)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(jiàn)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(shù)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(méi)有見(jiàn)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(jiàn)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(méi)有補(bǔ)償?shù)臉悠?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.