降低LQ型射频连接器电压驻波比的研究

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

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国际上同类产品水平。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≤1.05。米波段LQ型连接器VSWR最低才达1.07，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    2. 绝缘支撑     

图1  双支撑结构

1. 绝缘支撑      2. 外衬套

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：
  (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ε_r、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ε_r总会出现一定的偏差，当D、d、ε_r三参数偏差(△D、△d、△ε_r)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：
(3)
式中：σ_z—— 特性阻抗的均方根偏差值；
σ_ε—— 等效介电常数均方根偏差值；
σ_d—— 内导体外径均方根偏差值；
σ_D——外导体内径均方根偏差值。

而：

以L27Q型射频密封连接器为例(单位mm)：
D=18；d=5.5； ε_r =2.05
则：()²=147；  ()²=58；  ()²=5.4

由此可见，绝缘介质的相对介电常数ε_r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=±0.03、△D=±0.05、△ε_r=±0.04时，特性阻抗的均方根偏差值为：
σ_z=0.55Ω

该处对VSWR产生的影响由下式决定：
(4) 

将特性阻抗均方根偏差值代入(4)式

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少用绝缘介质材料。

3. 绝缘介质材料的影响

根据公式(1)，当绝缘介质为空气时，特性阻抗为：
 (5)

如图2图3所示，当传输腔体为复合结构时，其相对介电常数由下式决定：

图2图3中复合结构由聚四氟乙烯(PTFE)衬套和空气组成，因而其相对介电常数为
 

代入(1)式得：
(6)

其中：D₁——为绝缘衬套的外径；d₁——为绝缘衬套的内径

由公式(1)、(5)、(6)对比可见，对于特性阻抗Z，空气介质时结构参数影响因素最少(2个)，内外导体间充满PTFE时影响因素次之(3个)，复合腔体时(空气和PTFE)影响因素最