射頻同軸連接器設計

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1、降低LQ型射頻連接器電壓駐波比的研究李明德【摘要】LQ型射頻密封連接器，主要用在大、中功率米波電視天饋系統(tǒng)連接電纜傳輸電視信號。其電壓駐波比(VSWR)在0～1GHz頻率范圍內(nèi)為1.07～1.10，不能滿足分米波電視的要求。本文對目前國內(nèi)流行的LQ型連接器的雙支撐、外襯式、內(nèi)襯式三種基本結(jié)構，做了具體分析。找出了多支撐、多階梯、多介質(zhì)是影響VSWR的主要因素，并進行了改進。新設計的LQ型連接器，不僅保持了原有各種性能，且大大降低了VSWR，使在0～1GHz頻率范圍內(nèi)，VSWR為1.03～1.05，滿足了

2、分米波電視天饋系統(tǒng)的需要，達到了目前國際上同類產(chǎn)品的水平。一、引言LQ型射頻密封連接器，主要用在大、中功率米波電視天饋系統(tǒng)連接主、分饋電纜傳輸電視信號，或用于其它通信設備。連接器上備有充氣孔，供電纜充入干燥空氣或惰性氣體，達到密封防潮保持電氣性能的目的。特性阻抗分為50Ω和75Ω兩種。為了滿足廣播電視事業(yè)發(fā)展的需要，在七十年代末和八十年代初我國陸續(xù)研制了一系列米波段LQ型射頻密封連接器，至今仍在使用。其主要電氣性能如表1。表1產(chǎn)品系列型號特性阻抗Ω抗電強度V絕緣電阻MΩVSWR0～1GHzL27Q50;

3、753000＞10000≤1.10L36Q50;754000＞10000≤1.10L52Q50;757000＞10000≤1.10隨著廣播電視事業(yè)的發(fā)展，迫切需要發(fā)展我國的分米波彩色電視系統(tǒng)，使其接近或達到目前國際上同類產(chǎn)品水平。對于射頻密封連接器，分米波段與米波段的主要區(qū)別是適用頻率范圍不同，對VSWR的要求不同，其它性能兩者類同。分米波電視天饋系統(tǒng)對射頻密封連接器的要求是在0～1GHz頻率范圍內(nèi)，電纜組件具有低VSWR性能，即短段電纜(約50cm)配接一對連接器和一對測試用轉(zhuǎn)接器，其VSWR≤1.0

4、5。米波段LQ型連接器VSWR最低才達1.07，顯然不符合要求。但是其螺紋連接的接口型式，由于連接方便、接觸可靠、性能穩(wěn)定，仍為一種比較好的連接結(jié)構形式，在國外也廣為采用。對此，如何降低LQ型連接器的VSWR，使其滿足分米波電視天饋系統(tǒng)的要求，成為必須解決的主要問題。分米波密封連接器，由于工作頻率的提高，精確地進行設計是必要的，要降低VSWR，按照射頻連接器的設計原則應滿足以下要求：1.保持特性阻抗的均勻性。即在同軸傳輸線的每一個橫截面上，盡可能地保持特性阻抗等于標稱阻抗，例如50Ω。2.盡量保證阻抗的

5、連續(xù)性。對于每一個不可避免的特性阻抗的不連續(xù)，都要進行補償。3.盡量縮短同軸傳輸腔體的“尺寸鏈”。以減少機械公差對電氣性能的影響。184二、現(xiàn)行LQ型連接器的結(jié)構及其對電壓駐波比的影響1.現(xiàn)行LQ型連接器的結(jié)構綜合目前國內(nèi)LQ型射頻密封連接器的結(jié)構設計，略去連接結(jié)構，電纜夾緊裝置、充氣密封結(jié)構，由內(nèi)外導體組成的同軸傳輸腔體的結(jié)構可簡化如圖1～3的結(jié)構形式。它決定了連接器的VSWR和其它電氣性能。1.絕緣支撐12.絕緣支撐21.絕緣支撐2.外襯套圖1雙支撐結(jié)構圖2外襯式結(jié)構1.絕緣支撐2.內(nèi)襯套圖3內(nèi)襯式

6、結(jié)構2.結(jié)構參數(shù)偏差對電壓駐波比的影響根據(jù)同軸傳輸線理論，其特性阻抗為：60DZ=ln(1)εrd由(1)式可見，特性阻抗Z的數(shù)值取決于絕緣介質(zhì)的相對介電常數(shù)εr、外導體內(nèi)徑D以及內(nèi)導體外徑d。在加工制造過程中，由于環(huán)境、技術、材料本身諸因素，內(nèi)外導體直徑D、d、相對介電常數(shù)εr總會出現(xiàn)一定的偏差，當D、d、εr三參數(shù)偏差(△D、△d、△εr)較小時，特性阻抗的偏差可用下式表示：60?D?d??Dr?Z?(??ln)(2)?Dd2?rd185由于這些偏差是機遇性的，因此服從正態(tài)分布規(guī)律：?z22?z22

7、?z22σz=()???()?d?()?D(3)??r?d?Dr式中：σz——特性阻抗的均方根偏差值；σε——等效介電常數(shù)均方根偏差值；σd——內(nèi)導體外徑均方根偏差值；σD——外導體內(nèi)徑均方根偏差值。?z30D而：=-lnεrεrεrd?z601=-dεrd?z601=DεrD以L27Q型射頻密封連接器為例(單位mm)：D=18；d=5.5;εr=2.05?z?z?z則：()2=147；()2=58；()2=5.4εrdD由此可見，絕緣介質(zhì)的相對介電常數(shù)εr對特性阻抗影響較大，內(nèi)導體的外徑d影響次之。當

8、內(nèi)導體直徑偏差△d=±0.03、△D=±0.05、△εr=±0.04時，特性阻抗的均方根偏差值為：σz=0.55Ω該處對VSWR產(chǎn)生的影響由下式?jīng)Q定：△ZVSWR=1+

9、

10、(4)Z將特性阻抗均方根偏差值代入(4)式0.55VSWR=1+=1.01150由(3)式及以上分析可見，要降低VSWR，就要減少決定特性阻抗的尺寸公差的數(shù)量和避免使用或少用絕緣介質(zhì)材料。3.絕緣介質(zhì)材料的影響根據(jù)公式(1)，當絕緣介質(zhì)為空氣時，特性阻抗為：DZ空=60l