高性能TNCJ型射频同轴终端负载的设计.doc

高性能TNC/J型射频同轴终端负载的设计 中国电子科技集团公司第四十研究所 乔长海 李传龙 摘要：基于同轴传输线的基本理论，对使用频率达18GHz的高性能TNC/J型射频同轴终端负载进行了设计。简述了该产品主要结构的设计方法，提出了一些设计时应注意解决的问题，进行了产品性能测试。 关键词：高性能 射频同轴 终端负载 设计 1、引言 射频同轴终端负载在无线电设备、电子仪器以及各种微波装备中得到了广泛的应用，在系统中，对空置的备用信道和测试端口进行阻抗匹配，既保证了信号的阻抗匹配，又大大减少了空置端口信号泄漏、系统间的相互干扰，是射频传输系统的重要组成部分之一，其性能的好环，将直接影响到整个系统的综合性能。 随着科学技术的进步，装备、仪器等系统技术水平的提高，射频同轴终端负载在各类军、民用装备中的应用也越来越广泛，同时装备对射频同轴终端负载的电性能要求、环境适应性等方面的要求也越来越高（比如：在尽可能宽的频带内，具有最佳的电气性能；在严酷的环境中可靠工作等），这为射频同轴终端负载向高性能、高可靠方向的快速发展提供了需求条件。 TNC系列射频同轴终端负载是一种特性阻抗为50Ω、螺纹连接（7/16-28UNEF）、外导体内径为6.5mm的射频同轴元件。其优点是螺纹连接能实现牢固、可靠的连接与配合，在冲击、振动等恶劣条件下，具有优良的性能稳定性。 近年来，随着系统性能扩展的要求，TNC系列射频同轴连接器的技术水平获得了很大的突破，使用频率已经拓展到18GHz，电性能及耐环境适应性能也得到较大改善。同样也对TNC型接口的射频同轴终端负载提出了高性能要求。本文介绍的高性能TNC/J型射频同轴终端负载，就是为满足某些设备的需求而进行研制生产的。 2、该产品的主要性能指标 工作频率范围：DC～18GHz； 特性阻抗： 50Ω； 温度范围： -65℃～165℃； 电压驻波比： ≤1.20； 功 率： 1W ； 连接机构耐力矩：1.69N·m，min； 非磁性材料的导磁率：μ＜2.0； 中心接触件固定性：轴向力≥26.7N； 耐盐雾：48h； 连接器耐久性：500次。 3、设计原理 由于高性能TNC/J型射频同轴终端负载是一种特殊的射频同轴连接器，因此其主要的设计依据仍然采用同轴传输线的基本理论： ················ （1） 其中：ZO-----同轴传输线的特性阻抗（Ω） D------外导体内径（mm） d------内导体外径（mm） εr----介质相对介电常数 同时，在设计过程中还要遵循以下三条原则： （1）在同轴线内部保持一致的特性阻抗。通常同轴传输系统是一个阻抗连续分布并保持不变的系统，如果阻抗发生变化，则会影响系统的性能。因此为了获得最佳的宽带性能，在同轴线的每一个横截面上，都必须尽可能地使特性阻抗等于标称值（本产品为50Ω）。 （2）对于每一处不可避免的阻抗不连续，应采取补偿。在实际工程应用中，理想均匀的同轴传输线是不存在的，由于结构或其它原因，总是要变化同轴线的截面尺寸，因此在同轴传输线内，阻抗的不连续性总是不可避免的。所以在设计同轴连接器时，首先应将未补偿时的不连续性控制在最小，其次对这些不连续应采取适当的措施，进行处理，以获得高性能的产品。 （3）尽量减小机械公差对电性能的影响。在同轴器件的制造过程中，导体、介质的尺寸公差（包括轴向公差、径向公差、形位公差及表面质量等）总是存在的。在设计时应将可能影响电性能的尺寸公差数减小到最少，且尺寸公差应控制的合理的范围内（统筹考虑产品性能、加工工艺性、生产成本等因素）。在制造过程中应保证设计要求的精度等级，并尽量保证零件尺寸的一致性，以利于得到高性能、高可靠的产品。 4、结构设计与相关计算 4.1 界面结构 TNC系列射频同轴连接器的界面结构已经比较成熟，在IEC60169系列标准和MIL-C-39012系列标准中做出了详细规定：有插针接触件连接器界面、插孔接触件连接器界面；有0级、2级连接器界面；有使用频率为11GHz连接器界面、使用频率为18GHz连接器界面。本产品采用GJB5246-2004《射频连接器界面》中的TNCA系列插针接触件连接器界面，其中外接触件采取不开槽结构，以利于保证其主要性能指标-----宽带条件下的电压驻波比性能，界面结构见图1。 图1 界面尺寸 4.2 扩频设计 对于任何一种射频同轴连接器来说，最关键的尺寸为外导体的内径尺寸，该尺寸与内导体的外径尺寸、介质尺寸一起决定了该连接器的特性阻抗和截止频率。也就是说，射频同轴连接器的结构形式决定了其截止频率，并可通过以下公式进行计算： ············· （2） 其中：fc——连接器的截止频率（GHz