降低射頻連接器電壓駐波比的研究

錯(cuò)開(kāi)距離a的數(shù)值如何精確計(jì)算？目前尚未查到嚴(yán)格推導(dǎo)的理論計(jì)算公式。人們普遍采用下列的經(jīng)驗(yàn)公式：
（6）

K=3.09（對(duì)于50Ω空氣線）或3.04（對(duì)于75Ω空氣線）。當(dāng)時(shí)，
（7）

對(duì)于各種不同的過(guò)渡尺寸，K=3.09是否都是最佳值？適用頻率范圍達(dá)多少？這是本研究的又一重要內(nèi)容。利用高精度駐波電橋和精密終端負(fù)載，取D=7，改變D1和a，對(duì)五種不同過(guò)渡比的轉(zhuǎn)接器進(jìn)行駐波比測(cè)試。盡管試驗(yàn)是初步的，但其結(jié)果頗能說(shuō)明問(wèn)題：

（1）取K=3.09，在FD1＜4GHz·cm的范圍內(nèi)，駐波比可小于1.05。這個(gè)經(jīng)典結(jié)論無(wú)疑是正確的。
（2）對(duì)于不同的過(guò)渡比，K=3.09只是折衷值，未必都是最優(yōu)值。K即a的數(shù)值對(duì)駐波比影響是極為敏感的。
（3）當(dāng)K的數(shù)值最優(yōu)時(shí)，對(duì)于同一給定的駐波比界限，可使工作頻率范圍大大拓寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)4GHz·cm。

因此，必須通過(guò)精心試驗(yàn)找出K的最優(yōu)值并對(duì)過(guò)渡尺寸a嚴(yán)格控制，才能試制出寬頻帶低駐波比的連接器或轉(zhuǎn)接器。

3. 連接器與電纜結(jié)合部的設(shè)計(jì)考慮

在 連接器與電纜的結(jié)合部，通常也存在著導(dǎo)體直徑尺寸突變的情況。此外，對(duì)于配接廣播電視系統(tǒng)和微波工程中廣泛使用的皺紋管電纜的連接器來(lái)說(shuō)，還存在著導(dǎo)體形 狀的變化問(wèn)題，即由光滑導(dǎo)體變?yōu)槁菪驁A環(huán)皺紋管狀導(dǎo)體。這是這類(lèi)連接器的特殊問(wèn)題。如何計(jì)算皺紋管導(dǎo)體的有效直徑？通常有兩種算法，一種取算術(shù)平均值， 另一種取幾何平均值。哪一種準(zhǔn)確？本研究為此進(jìn)行了一些試驗(yàn)，結(jié)果表明，電纜皺紋管內(nèi)導(dǎo)體的等效外徑比其算術(shù)平均值大5～7%，而皺紋管外導(dǎo)體的等效內(nèi)徑 比其算術(shù)平均值小2～3%。

為了獲得最佳的駐波比性能，應(yīng)使連接器和電纜的導(dǎo)體直徑尺寸盡量接近。對(duì)于不可避免的導(dǎo)體直徑突變，可按前述方法給予補(bǔ)償。傳輸線導(dǎo)體形狀由光滑變成皺紋時(shí)會(huì)不會(huì)引起附加的不連續(xù)電容？這個(gè)問(wèn)題有待進(jìn)一步研究。

4. 內(nèi)導(dǎo)體連接間隙的控制

在射頻連接器轉(zhuǎn)接器中，導(dǎo)體的連接間隙是無(wú)法削除的。為不損壞連接器，降低成本，通常的設(shè)計(jì)是保證外導(dǎo)體連接間隙為0，允許內(nèi)導(dǎo)體上存在一個(gè)連接間隙。這個(gè)間隙會(huì)引起附加反射，其容許值取決于駐波比性能要求。

理論分析計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果表明[6]，對(duì)于L16型同軸連接器，0.5mm的內(nèi)導(dǎo)體連接間隙在10GHz時(shí)可能引起1.09的駐波比，在17GHz時(shí)可能引起 1.15的駐波比。這是不容忽視的數(shù)值。可見(jiàn)為了在10GHz以上獲得低駐波比性能，必須嚴(yán)格控制連接器或轉(zhuǎn)接器的內(nèi)外導(dǎo)體軸向尺寸公差。

5. 導(dǎo)體尺寸公差和介電常數(shù)偏差的影響

導(dǎo)體尺寸公差和介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)的偏差都會(huì)引起連接器特性阻抗偏差。對(duì)于50Ω空氣線：

（8）

對(duì)于50Ω的介質(zhì)線，

（9）

以 IF45型分米波連接器為例，設(shè)內(nèi)導(dǎo)體尺寸公差為±0.05，外導(dǎo)體尺寸公差為±0.1，△ε=±0.1，則空氣段的阻抗偏差為±0.65Ω，介質(zhì)段的阻 抗偏差為±1.66Ω，由此引起的電壓駐波比分別為1.013和1.033?？梢?jiàn)，為了獲得低駐波比，必須適當(dāng)控制導(dǎo)體尺寸公差精度，尤其要注意介質(zhì)相對(duì) 介電常數(shù)的設(shè)計(jì)值與實(shí)際值的良好吻合。

四、設(shè)計(jì)寬頻帶低駐波比連接器的基本原則

設(shè)計(jì)寬頻帶低駐波比連接器必須遵循以下三個(gè)基本原則[3]：

1. 不要企求用提高或降低一段傳輸線的特性阻抗來(lái)補(bǔ)償導(dǎo)體直徑突變、導(dǎo)體槽縫或間隙等引起的不連續(xù)電容。為了獲得最佳的寬帶性能，通常應(yīng)使連接器的每一長(zhǎng)度單元上盡可能保持一致的特性阻抗。

2. 應(yīng)首先使未被補(bǔ)償?shù)牟贿B續(xù)電容減至最小，然后，對(duì)于每一個(gè)不可避免的不連續(xù)電容采取單獨(dú)的共面或高抗補(bǔ)償，并通過(guò)分離試驗(yàn)力求獲得最佳效果。

3. 應(yīng)通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或表面處理把機(jī)械公差、磨損和介質(zhì)材料對(duì)駐波比的影響減至最小。
這三個(gè)原則有時(shí)會(huì)有矛盾，只能根據(jù)需要和可能折衷考慮。

五、結(jié)束語(yǔ)

研制低駐波比特別是精密型同軸連接器是一件很艱巨的工作，必須靈活應(yīng)用原則，不斷進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)方能奏效。就駐波比研究本身來(lái)說(shuō)，也還有大量的工作（包括測(cè)試方法的研究）可做。愿本文的發(fā)表能對(duì)這項(xiàng)工作起到促進(jìn)作用。