射频同轴连接器设计.doc

降低LQ型射频连接器电压驻波比的研究
李明德
【摘要】 LQ型射频密封连接器,主要用在大、中功率米波电视天馈系统连接电缆传输电视信号。其电压驻波比(VSWR)在0~~,不能满足分米波电视的要求。本文对目前国内流行的LQ型连接器的双支撑、外衬式、内衬式三种基本结构,做了具体分析。找出了多支撑、多阶梯、多介质是影响VSWR的主要因素,并进行了改进。新设计的LQ型连接器,不仅保持了原有各种性能,且大大降低了VSWR,使在0~1GHz频率范围内,~,满足了分米波电视天馈系统的需要,达到了目前。
一、引言
LQ型射频密封连接器,主要用在大、中功率米波电视天馈系统连接主、分馈电缆传输电视信号,或用于其它通信设备。连接器上备有充气孔,供电缆充入干燥空气或惰性气体,达到密封防潮保持电气性能的目的。特性阻抗分为50Ω和75Ω两种。为了满足广播电视事业发展的需要,在七十年代末和八十年代初我国陆续研制了一系列米波段LQ型射频密封连接器,至今仍在使用。其主要电气性能如表1。
表1
产品系列型号
特性阻抗Ω
抗电强度V
绝缘电阻MΩ
VSWR0~1GHz
L27Q
50; 75
3000
>10000
≤
L36Q
50; 75
4000
>10000
≤
L52Q
50; 75
7000
>10000
≤
随着广播电视事业的发展,迫切需要发展我国的分米波彩色电视系统,使其接近或达到目前。对于射频密封连接器,分米波段与米波段的主要区别是适用频率范围不同,对VSWR的要求不同,其它性能两者类同。分米波电视天馈系统对射频密封连接器的要求是在0~1GHz频率范围内,电缆组件具有低VSWR性能,即短段电缆(约50cm)配接一对连接器和一对测试用转接器,其VSWR≤。,显然不符合要求。但是其螺纹连接的接口型式,由于连接方便、接触可靠、性能稳定,仍为一种比较好的连接结构形式,在国外也广为采用。对此,如何降低LQ型连接器的VSWR,使其满足分米波电视天馈系统的要求,成为必须解决的主要问题。
分米波密封连接器,由于工作频率的提高,精确地进行设计是必要的,要降低VSWR,按照射频连接器的设计原则应满足以下要求:
1. 保持特性阻抗的均匀性。即在同轴传输线的每一个横截面上,尽可能地保持特性阻抗等于标称阻抗,例如50Ω。
2. 尽量保证阻抗的连续性。对于每一个不可避免的特性阻抗的不连续,都要进行补偿。
3. 尽量缩短同轴传输腔体的“尺寸链”。以减少机械公差对电气性能的影响。
二、现行LQ型连接器的结构及其对电压驻波比的影响
1. 现行LQ型连接器的结构
综合目前国内LQ型射频密封连接器的结构设计,略去连接结构,电缆夹紧装置、充气密封结构,由内外导体组成的同轴传输腔体的结构可简化如图1~3的结构形式。它决定了连接器的VSWR和其它电气性能。
1. 绝缘支撑1 2. 绝缘支撑2 1. 绝缘支撑 2. 外衬套
图1 双支撑结构图2 外衬式结构
1. 绝缘支撑 2. 内衬套
图3 内衬式结构
2. 结构参数偏差对电压驻波比的影响
根据同轴传输线理论,其特性阻抗为:
Z=ln (1)
由(1)式可见,特性阻抗Z的数值取决于绝缘介质的相对介电常数εr、外导体内径D以及内导体外径d。在加工制造过程中,由于环境、技术、材料本身诸因素,内外导体直径D、d、相对介电常数εr总会出现一定的偏差,当D、d、εr三参数偏差(△D、△d、△εr)较小时,特性阻抗的偏差可用下式表示:
(2)
由于这些偏差是机遇性的,因此服从正态分布规律:
σz= (3)
式中:σz——特性阻抗的均方根偏差值;
σε——等效介电常数均方根偏差值;
σd——内导体外径均方根偏差值;
σD——外导体内径均方根偏差值。
而: = - ln
= -
=
以L27Q型射频密封连接器为例(单位mm):
D=18; d=; εr =
则:()2=147; ()2=58; ()2=
由此可见,绝缘介质的相对介电常数εr对特性阻抗影响较大,内导体的外径d影响次之。
当内导体直径偏差△d=±、△D=±、△εr=±,特性阻抗的均方根偏差值为:
σz=
该处对VSWR产生的影响由下式决定:
VSWR=1+|| (4)
将特性阻抗均方根偏差值代入(4)式
VSWR=1+=
由(3)式及以上分析可见,要降低VSWR,就要减少决定特性阻抗的尺寸公差的数量和避免使用或