sma射频同轴连接器设计和计算

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1、SMA直角转接器的设计陈肇扬，王新恩【摘要】本文主要是通过几年来对SMA直角转接器的研制情况总结，阐述其设计原理，提出过渡模式，总结出一个经验公式，并简单地介绍一下一些特殊工艺及性能特征。一、前言在微波同轴连接器系列中，直角转接器是一种必不可少的元件，随着我国电子工业的不断发展，引进设备的日益增多，对微波同轴元器件提出高精度、小型化的要求。近几年来我们开始研制SMA型射频同轴连接器系列，到目前为止，已有数十个品种、规格、本文主要是介绍SMA直角转接器的研制情况，阐述它的设计原理、设想它的过渡模式，总结出一个经验公式，并简要地介绍在制造过程中的一些特殊工艺及

2、SMA直角转接器的主要性能特征。二、设计原理众所周知，当微波讯号，从同轴线传输到直角转弯处时，从场论的观点来看，必定产生畸变，这主要是因为直角转弯处可以看成为由二段同轴线直角相交而成，它的电力线分布如图1所示。显然，在直角转弯处，场是不均匀的。而我们的目的是，当TEM波传输到直角转弯处时，具有低的输入反射，要求不产生高次谐波。但在这样的过渡段中，传输的波已不再是纯的TEM波，可能激发出高阶模。储藏了电抗性能量，在直角转弯处呈现一个电抗。在设计过程中，要是没有考虑到这一点，就可能使直角转接器的性能变坏。图1当然，若用耦合波理论来解决这个问题也是可以的。那就必

3、须找到一个适当的分布函数，使它仅仅在要求的给定频率范围之中，反射系数总小于某一个给定的极大值。但是，对于工程技术人员来说，即使寻找出这个分布函数，要加工出符合这个分布函数边界条件的零件是很不容易的事。因此，我们认为，用寻找适当的分布函数方法来解决直角过渡问题似乎太烦杂，也没有必要。我们觉得，用物理概念来解决似乎比较方便一点。即只要找出一个适当的方法，以补偿过渡段中不可避免存在的不连续电容所引起的电抗，达到整个传输段在要求的给定频率范围之内，反射系数总小于某一个给定的极大值。根据这个设想，我们拟就高阻抗补偿模式来解决直角过渡问题。它的原理就象串联一个电感，以

4、补偿不连续电容，达到减少反射系数的目的，使研制出的SMA直角转接器符合设计的要求。183虽然拟用高阻抗补偿模式，可就补偿方法来说，有多种多样，以往在研制较大型的直角转接器时，如L16，L27，L36等直角转接器，一般是将直角转弯处的内导体切割为一个45°的斜角，如图2所示。这个切割量的多少，只能根据实验数据来最后确定。这种补偿方法也可以达到比较满意的结果，因而，就目前情况来说，它不失为一种比较方便的补偿方法。图2然而，对于SMA直角转接器，其内导体直径只有1.27mm，若要采用切割内导体为45°斜角的方法，在工艺上就难以实现，况且由于尺寸小，所产生的相对误

5、差就大，使性能的一致性受到影响。因此，我们设想在直角转弯处的一侧(即在一段同轴线与另一段同轴线交汇的直角转弯处一侧)，提高阻抗的办法来补偿，如图3所示。图3在试验时，我们将其补偿阻抗分别取为58Ω,54Ω和50Ω三种情况进行对比试验，经测验表明特性阻抗为54Ω的补偿，在整个给定的频率范围内(2～18GHz)的电压驻波比是符合设计要求的，基本上达到美军标MIL-A-55339/2中规定的电压驻波比公式=1.05+0.01f(GHz)的标准，请看下列实际测试数据及实测曲线附图1,2。电压驻波比(最大值)表补偿段阻抗0～6GHz6～12.4GHz12.4～18G

6、Hz58Ω1.171.321.3254Ω1.091.221.2550Ω1.131.241.50183183经过多次试验论证，可以得出这样结论，当一段同轴传输线直角地过渡到另一段同轴传输线时，只要将其中一段同轴传输线在直角交汇处将其阻抗提高为原来的特性阻抗的1.08倍亦可。其经验公式可写为(为同轴传输线的特性阻抗)三、特殊材料及其特殊工艺1.因为我们研制的SMA直角转接器，其头部尺寸完全符合美军标MIL-C-39012的要求，所以，它的插针段的外导体壁厚仅0.25mm，故必须采用机械强度较好的金属材料。为了便于加工，我们选用易切不锈钢材料(1Cr18Ni1o

7、S)。2.整体外壳的加工。由于可将SMA直角转接器看成为二段同轴传输线直角相交，所以，为方便加工，我们按设计要求，分别加工出两个同轴传输线段外导体，而后，应用银焊方法将它焊接成直角相交型。为保证同轴度和垂直度，在焊接时，应用特制的工夹具。3.内导体的装接。SMA直角转接器的内导体分别由二个聚四氟乙烯绝缘子支撑着，而二根内导体在直角转弯处用锡焊连接。为了便于锡焊，在整个转接器的外壳壳体的一侧开一个焊接工艺孔，待内导体焊接完毕，再用盖板将工艺孔封住。几年来，我们研制的SMA直角转接器，经过全面的例行试验，各项性能已基本上达到美军标MIL-A-55339/A的规

8、定。并已广泛地被应用到通讯导航、微波仪器等设备中，经多家用户的使用