1、引言

分米波蘭連接器是區(qū)別于螺紋式連接、卡口式連接和推拉式連接機(jī)構(gòu)的具有法蘭盤(pán)連接機(jī)構(gòu)的射頻同軸連接器。早在六十年代，美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)就制訂了關(guān)于法蘭連接器與半空氣介質(zhì)同軸電纜的RS-258(50Ω)系列標(biāo)準(zhǔn)。確定了其界面結(jié)構(gòu)形式，通常稱(chēng)為EIA法蘭連接器系列。到七十年代，國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)制訂了IEC339-1、IEC339-2通用硬同軸傳輸線及其法蘭連接器總規(guī)范和詳細(xì)規(guī)范，作為國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)在全世界推廣。其中不僅包括了EIA法蘭連接器系列的全部界面結(jié)構(gòu)，而且在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展補(bǔ)充了新的界面結(jié)構(gòu)內(nèi)容。分米波法蘭連接器是指主要用在分米波電視發(fā)射機(jī)、差轉(zhuǎn)機(jī)的天饋系統(tǒng)，連接主饋電纜或分纜電纜(通常是半空氣介質(zhì)皺紋導(dǎo)體同軸電纜)的法蘭連接器，該連接器也常應(yīng)用在微波通訊的高頻回路中。由于它的法蘭盤(pán)結(jié)構(gòu)與硬同軸傳輸線用法蘭連接器的接口界面尺寸相同，因而亦可在分米波電視發(fā)射機(jī)、差轉(zhuǎn)機(jī)的饋線系統(tǒng)中作為軟硬饋線之間的轉(zhuǎn)接。

根據(jù)分米波電視發(fā)射機(jī)、差轉(zhuǎn)機(jī)整機(jī)及其天饋系統(tǒng)的要求，分米波法蘭連接器必須具備功率容量大、電壓駐波比低，與半空氣介質(zhì)皺紋導(dǎo)體同軸電纜連接可靠且具有充氣密封結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。不同功率等級(jí)的整機(jī)需要的法蘭連接器規(guī)格也不同。這些連接器與整機(jī)的使用功率等級(jí)、配接饋線的規(guī)格等對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1。

表1

這些系列連接器在其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，如連接機(jī)構(gòu)、界面、內(nèi)導(dǎo)體系統(tǒng)、傳輸腔體、絕緣支撐、過(guò)渡設(shè)計(jì)、充氣密封和電纜夾緊裝置等結(jié)構(gòu)均具有獨(dú)自的特點(diǎn)，正是這些特點(diǎn)，奠定了其低電壓駐波比的基礎(chǔ)，滿足了分米波電視發(fā)射機(jī)、差轉(zhuǎn)機(jī)整機(jī)對(duì)連接器各項(xiàng)性能的要求。

2、界面和連接機(jī)構(gòu)

分米波法蘭連接器的界面和連接法蘭盤(pán)的結(jié)構(gòu)尺寸符合RS-258EIA標(biāo)準(zhǔn)和IEC339-2標(biāo)準(zhǔn)。其連接結(jié)構(gòu)如圖1。

1. 插孔2. 法蘭盤(pán)3. 定位銷(xiāo)4. 雙向插針5. 絕緣支撐

圖1、分米波法蘭連接器的界面和連接機(jī)構(gòu)

由圖1可見(jiàn)，該連接結(jié)構(gòu)是由一個(gè)雙向內(nèi)連接體和兩個(gè)外導(dǎo)體法蘭盤(pán)組成。它不分插頭還是插座。連接時(shí)，兩端為同一種法蘭連接器，中間由一個(gè)雙向內(nèi)連接體把兩端的插孔連接起來(lái)構(gòu)成內(nèi)導(dǎo)體系統(tǒng)。雙向內(nèi)連接體是一個(gè)兩端為彈性插針中間裝有一絕緣支撐的組件。如圖1中4、5所示。一個(gè)法蘭連接器插上雙向內(nèi)連接體(又稱(chēng)卡塞)可視為陽(yáng)性插頭，拔去即可視為陰性插孔連接器。這種結(jié)構(gòu)既滿足了連接方便可靠的要求，又達(dá)到較其它結(jié)構(gòu)通用件多，整件零件少，節(jié)約材料降低生產(chǎn)成本的目的。

雙向內(nèi)連接體既起到對(duì)內(nèi)導(dǎo)體系統(tǒng)連成一體的作用，同時(shí)也起到使兩連接器的外導(dǎo)體連成一體保證其同軸的作用。法蘭盤(pán)上設(shè)有定位銷(xiāo)釘，安裝時(shí)幫助迅速定位對(duì)接，又進(jìn)一步保證兩連接器內(nèi)外導(dǎo)體的同軸度。

射頻同軸連接器的內(nèi)導(dǎo)體系統(tǒng)通常由插針和插孔組成，如圖2。通常在插孔上開(kāi)兩槽或多槽形成彈性插孔。材料選用錫磷青銅或鈹青銅，插針為實(shí)體針狀。而分米波法蘭連接器組成內(nèi)導(dǎo)體系統(tǒng)的插針和插孔則與上相反，插孔不開(kāi)槽，而插針設(shè)計(jì)成具有彈性結(jié)構(gòu)的形式，開(kāi)四槽或多槽，如圖1中1、4所示。這種結(jié)構(gòu)仍保證了可靠的電接觸，而避免了因插孔開(kāi)槽引起內(nèi)導(dǎo)體外徑的變化導(dǎo)致的特性阻抗的變化，從而降低了電壓駐波比(1)。

這種界面和連接結(jié)構(gòu)要求雙向內(nèi)連接體必須做完全對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，并且和常規(guī)設(shè)計(jì)一樣要控制針孔配合間隙。

圖2、一般射頻連接器的內(nèi)導(dǎo)體系統(tǒng)

3、傳輸腔體

分米波法蘭連接器的傳輸腔體的結(jié)構(gòu)如圖3所示。由圖3可見(jiàn)，該結(jié)構(gòu)是一個(gè)除絕緣支撐外全由空氣充滿的結(jié)構(gòu)。為了固定絕緣支撐，設(shè)置了一個(gè)金屬襯套，襯套和外導(dǎo)體上開(kāi)的孔是為了滿足充氣的需要。這種結(jié)構(gòu)避免了引入其它介質(zhì)導(dǎo)致對(duì)特性阻抗的影響(2)。同時(shí)提供一個(gè)比較穩(wěn)定和準(zhǔn)確的標(biāo)稱(chēng)阻抗段，作為整個(gè)連接器標(biāo)稱(chēng)特性阻抗的基礎(chǔ)，有利于降低電壓駐波比。

1. 外導(dǎo)體2. 內(nèi)導(dǎo)體3. 絕緣支撐4. 襯套5. 充氣孔

圖3、傳輸腔體結(jié)構(gòu)

金屬襯套的設(shè)置，充當(dāng)了外導(dǎo)體的一部分，其內(nèi)徑的選擇要有利于與配接電纜的過(guò)渡設(shè)計(jì)，既要起到固定絕緣支撐的作用，又要避免使傳輸腔體產(chǎn)生較大階躍。總之要有利于保持特性阻抗的均勻性和連續(xù)性，這樣也就有利于降低電壓駐波比。襯套上的通氣孔，以滿足充氣要求為宜，不宜多和大。

傳輸腔體處于界面和電纜夾緊裝置之間，內(nèi)導(dǎo)體系統(tǒng)前有雙向內(nèi)連接體的絕緣支撐，后有電纜對(duì)內(nèi)導(dǎo)體的支撐固定，因而再單設(shè)一個(gè)絕緣支撐則可滿足支撐內(nèi)導(dǎo)體的功能。絕緣支撐到界面之間空氣段的距離越接近外導(dǎo)體內(nèi)徑的兩倍越好。不宜引起高次模(3)。

4 、絕緣支撐和過(guò)渡設(shè)計(jì)

分米波法蘭連接器的絕緣支撐(圖3中之3)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常采用共面補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)構(gòu)。對(duì)于共面補(bǔ)償結(jié)構(gòu)具體尺寸的確定，其它文章多次給出，這里不再述之。

過(guò)渡設(shè)計(jì)這里是指由連接器到配接電纜之間的過(guò)渡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。分米波法蘭連接器配接的饋線多為半空氣介質(zhì)皺紋導(dǎo)體的射頻同軸電纜，如圖4中b、c所示。由連接器到同軸電纜，要實(shí)現(xiàn)由空氣介質(zhì)過(guò)渡到有螺旋支撐的半空氣介質(zhì)，內(nèi)導(dǎo)體由表面光滑的內(nèi)導(dǎo)體過(guò)渡到表面粗糙度較差的導(dǎo)體或皺紋導(dǎo)體，外導(dǎo)體由光滑的內(nèi)表面過(guò)渡到皺紋外導(dǎo)體，這些狀況必然要引起不連續(xù)電容，造成反射。對(duì)此必須進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)計(jì)。其方法通常是在接近配接電纜處設(shè)置一個(gè)用絕緣材料制成的補(bǔ)償環(huán)，使得該處相對(duì)介電常數(shù)εr數(shù)值介于空氣和半空氣介質(zhì)之間，起到“緩沖”過(guò)渡作用。若連接器的外導(dǎo)體內(nèi)徑與電纜的外導(dǎo)體內(nèi)徑相差懸殊，則要考慮應(yīng)用另一種補(bǔ)償方法，即合理選擇金屬襯套的內(nèi)徑或采用階梯過(guò)渡的補(bǔ)償方法，達(dá)到降低電壓駐波比的目的。

 圖4a、實(shí)芯聚乙烯絕緣同軸電纜

圖4b、較小功率半空氣介質(zhì)皺紋導(dǎo)體同軸電纜

1. 內(nèi)導(dǎo)體2. 絕緣體3. 外導(dǎo)體4. 護(hù)套

圖4c、較大功率半空氣介質(zhì)皺紋導(dǎo)體同軸電纜

5、配接電纜結(jié)構(gòu)

連接器的基本功能之一是起到連接電纜的作用。由于半空氣介質(zhì)皺紋導(dǎo)體同軸電纜(圖4中b、c)的結(jié)構(gòu)與通常的實(shí)芯聚乙烯射頻同軸電纜(圖4中a)的結(jié)構(gòu)不同，因而法蘭連接器的電纜夾緊裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也與常規(guī)不同。必須適應(yīng)半空氣介質(zhì)皺紋導(dǎo)體的特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想是：1)可靠的電接觸；2)阻抗匹配；3)足夠的機(jī)械連接強(qiáng)度，具有一定的抗拉拔、抗扭轉(zhuǎn)的能力；4)密封、防水；5)安裝方便，成本低等。目前分米波法蘭連接器采用的配接電纜的結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5a圖5b

a.1 殼體2.螺套3.護(hù)線套4.電纜夾5.壓環(huán)6.密封圈7.墊圈
b.1 殼體2.連接螺栓3.襯套4.補(bǔ)償環(huán)5.密封圈6.螺套7.注膠孔

圖5、電纜夾緊裝置的結(jié)構(gòu)

圖5中a圖的結(jié)構(gòu)是國(guó)內(nèi)L27、L36、L52等米波段大功率同軸連接器常用的結(jié)構(gòu)，有些資料已介紹，這里不再多述。b圖是目前國(guó)內(nèi)外常采用的結(jié)構(gòu)。由圖可見(jiàn)，該結(jié)構(gòu)利用皺紋導(dǎo)體本身螺旋形皺紋的特點(diǎn)，內(nèi)外導(dǎo)體都采用了帶有梯形螺紋的螺套可與電纜內(nèi)外導(dǎo)體緊密配合，增大了連接的機(jī)械強(qiáng)度。把電纜的外導(dǎo)體在螺套端部翻邊，通過(guò)螺紋或法蘭螺栓使連接器襯套和電纜外導(dǎo)體緊密相連，形成可靠電接觸。為了保證密封，防止連接器與電纜配接處沿外導(dǎo)體漏氣和防止水分和潮氣沿電纜進(jìn)入連接器內(nèi)部，在螺套的梯形螺紋上設(shè)置便于灌注密封膠的注膠孔。通過(guò)注射密封膠使電纜外導(dǎo)體與螺套結(jié)成一密封整體。

6、充氣密封

充氣密封結(jié)構(gòu)是分米波法蘭連接器所特有的結(jié)構(gòu)。它是為了滿足廣播電視發(fā)射機(jī)、差轉(zhuǎn)機(jī)的天饋系統(tǒng)的電纜需要充氣而設(shè)置的。充入干燥空氣或氮?dú)馐菫榱朔乐钩睔饣蛴泻怏w進(jìn)入天饋系統(tǒng)的饋線內(nèi)部，從而達(dá)到提高天饋系統(tǒng)電氣性能和延長(zhǎng)使用壽命的目的。充氣結(jié)構(gòu)目前有以下三種型式，如圖6所示。

a.充氣式b.充氣嘴式 c.氣閥式

圖6、充氣結(jié)構(gòu)

充氣孔式和充氣嘴式兩種結(jié)構(gòu)，充完氣后需要加蓋螺帽靠密封圈進(jìn)行密封。氣閥式結(jié)構(gòu)與自行車(chē)輪胎充氣的氣門(mén)閥結(jié)構(gòu)類(lèi)同，只進(jìn)不出，防止了充氣時(shí)瞬間漏氣。國(guó)外多用充氣孔式，國(guó)內(nèi)充氣孔和充氣嘴式兩者均用，氣閥式少見(jiàn)。

密封結(jié)構(gòu)根據(jù)連接器可能漏氣通道的結(jié)構(gòu)形式的不同采用不同的密封形式。通常采用O形環(huán)、密封圈、灌注密封膠和附加熱塑套等。如在絕緣支撐與內(nèi)外導(dǎo)體之間通常采用O形環(huán)，在配接電纜處采用灌注密封膠，加O 形密封圈和附加熱塑套等。O形密封圈和密封墊圈通常選用耐熱性能好，防腐性能強(qiáng)而無(wú)污染的硅橡膠制成。灌注密封膠是專(zhuān)業(yè)廠生產(chǎn)的特制的具有良好的耐環(huán)境性能的密封膠。采用這些密封措施后，通常均能滿足密封使用要求。

7、結(jié)束語(yǔ)

以上提及的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及分析是主要針對(duì)配接半空氣介質(zhì)的皺紋導(dǎo)體同軸電纜的分米波法蘭連接器而談的。這些不同的結(jié)構(gòu)在進(jìn)行某種型號(hào)連接器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)整體結(jié)構(gòu)需要而靈活運(yùn)用，并注意標(biāo)準(zhǔn)化、增加通用件、降低成本。對(duì)于轉(zhuǎn)接器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不一定都適用，還要考慮更多的因素，這里不再多述。

通過(guò)幾年來(lái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐，按照以上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法做指導(dǎo)，設(shè)計(jì)出的各系列產(chǎn)品均滿足了整機(jī)需要，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。

作者：李明德

參考文獻(xiàn)

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