大功率射频同轴连接器的开发.pdf

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1、第４期机电元件Ｖｏｌ畅３５Ｎｏ畅４２０１５年８月ELECTROMECHANICALCOMPONENTSＡｕｇ畅２０１５研究与设计大功率射频同轴连接器的开发李旗祥（四川华丰企业集团有限公司，四川绵阳，６２１０００）摘要：大功率射频同轴连接器是发射系统中重要的组成部分。文章介绍了大功率射频连接器设计时需要考虑的主要因素，功率仿真分析以及元器件大功率射频测试系统的构建。关键词：脉冲功率；平均功率；占空比；电磁热；仿真；测试系统Ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－６１３３．２０１５．０４．００４中图分类号：ＴＮ７８４文献标识码：Ａ文章编号

2、：１０００－６１３３（２０１５）０４－００１６－０４在脉冲大功率雷达应用场合，由于脉冲很短促，信1引言号的瞬时脉冲功率很大，但其平均功率却不大，这发射功率的大小影响作用距离。大功率射频时允许的传输功率同样也是受连接器所允许的峰连接器主要应用于广播电视的发射系统、通信基值功率的限制。站、大功率雷达等将大功率射频能量传输到发射天射频连接器的额定脉冲功率即代表连接器可线的场合。要保证大功率发射系统可靠工作，需要以长期安全工作而不发生电压击穿的峰值功率的各个分系统及元器件均能承受大功率能量的传输规定值。额定峰值功率受连接器耐峰值电压、特性要求。阻抗、

3、调制、电压驻波比等因素的影响。考核连接器耐脉冲功率需要确定的参数条件2脉冲功率与平均功率包括频率、脉冲宽度、占空比、持续时间（多个连续2．1脉冲功率脉冲，即脉冲串）、环境等因素。脉冲宽度是指一个发射功率分为脉冲功率和平均功率。射频连脉冲周期内发射脉冲信号的持续时间，一般在０．０５接器在传输大功率时，会承受高的电压，同时还有～２０μｓ之间，它不仅影响雷达的探测能力，还影响大电流通过。因此，连接器允许传输的射频功率会距离分辨力。占空比则是指在一段连续工作时间受到电压击穿以及电流发热的限制。前者取决于内脉冲占用的时间与该周期时间的比值（ｔ／Ｔ，一般

4、传输的脉冲峰值功率，后者取决于传输的平均功与单个信号周期是一致的，见下图１）。例如：脉冲率。在一般情况下，只要连接器传输的平均功率不宽度１μｓ，脉冲周期４μｓ的脉冲信号，其占空比为０．会造成连接器的过热，其峰值功率所产生的电压总２５（２５％）。是大大低于连接器允许的工作电压。在低的工作根据不同使用场合，脉冲宽度量级可能从μｓ频率下，连接器内部的发热不显著，随着传输功率到ｍｓ不等。脉冲宽度越宽，占空比越大，对连接器容量的增大，首先发生电击穿，此时允许传输的功及系统的耐功率要求就越高。率主要受连接器所允许的峰值功率的限制。此外，收稿日期：２０１５

5、－０７－１２作者简介：李旗祥，男，工程师，从事射频连接器的设计与研究。第４期李旗祥：大功率射频同轴连接器的开发１７由于空气的导热系数很低，连接器内部又无法形成对流热传递，散热就主要依靠空气热辐射和聚四氟乙烯将內导体所产生的热量传递到连接器外导体上，从而散发到周期环境之中。不同材料的热传导能力不一样，射频连接器常用材料导热系数见下表１。表1射频连接器常用材料的导热系数材质导热系数（ｗ／ｍ．ｋ）图１脉冲占空比图示银４１２2．2平均功率铜３７７射频连接器的额定平均功率（以下简称平均功镍５７率）代表连接器可以长期安全工作而不发生热损坏ＰＴＦＥ０．２４

6、的平均功率值。要求连接器在额定功率下运行时，空气０．０２４其內导体的温度（温度变化，即温升）不应超过所规定的允许值。另外，脉冲功率值和平均功率值之间是可以通当连接器上传输的平均功率过大时，会产生内过公式进行计算的。例如，在知道占空比和脉冲功部过热。内部过热使绝缘支撑介质变软导致內导率（Ｐｔ），时，可以计算出平均功率（Ｐａｖ）。它们之间体偏心，严重时甚至会造成内、外导体之间的短路的关系式为：而烧毁设备。因此，内部过热是必须避免的。连接Ｐａｖ＝Ｐｔｔ／Ｔ器内部发热最厉害的地方是內导体，而且其热量也也就是说，平均功率等于脉冲功率与占空比的最不容易散

7、出，因此內导体是连接器中最热的地乘积。方。虽然射频连接器的內导体材质多为铜合金，本3大功率射频连接器设计注意事项身通常都可以承受高温，但与其接触的绝缘介质会承受不了过高的温度。为保证大功率射频连接器工作的可靠性，设计因此，连接器的平均功率取决于连接器内部发需要从以下几个方面进行考虑。热情况以及其散热的能力，并且和介质材料的耐高3．1射频连接器类型温能力相关。连接器内部发热取决于所传输的平功率容量与连接器截面的几何尺寸有关，截面均功率，还与连接器（组件）本身的损耗大小相关，尺寸越大，则功率容量越大。而对同一尺寸的传输连接器（组件）的损耗越低，发

8、热就越小，可以传输系统，波长越接近截止波长，也即是频率越接近截的平均功率也越大。止频率，功率容量就越低。连接器的散热能力取决于连接器的热、力学特为保证连接器耐峰值功