弯式射频同轴连接器的补偿方法

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.