CN104103983B - 多用途高频转换接口 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种多用途高频转换接口，旨在提供一种互连方便、扩展性好，能在波导和同轴等接口形式间灵活转换，更换接口形式不需要改变模块内部电路的高频转换接口。本发明通过下述技术方案予以实现：在测试台载体（1）的至少两个互为垂直的矩形面上，分别制有配合使用同轴接头（3）和自制波导接口配件的装配面，在作为同轴接口装配面（14）上制有以玻珠安装孔（10）为中心，对称排列在玻珠安装孔两边的同轴接头安装孔（11）和向两边对称阵列分布的四个波导连接件安装孔（12），而在波导安装面（16）上，则制有梯形阵列排布的BJ320波导安装孔和BJ260波导安装孔。本发明可用于27GHz～40GHz内的毫米波高频转换接口中，可通过更换可拆卸的连接配件实现。

Description

多用途高频转换接口

技术领域

本发明涉及一种主要用于通信与数据链、航天测控等多种科技领域，工作频率27GHz～40GHz毫米波高频转换接口的射频电连接器。

背景技术

毫米波产品采用的高频接口主要有波导接口和同轴接口两种形式。波导接口按波导口尺寸不同可分为BJ260型和BJ320型，按法兰盘形状不同可分为矩形法兰型和圆形法兰型，按波导口朝向不同可分为朝上、朝下、朝左、朝右和朝前等。同轴接口按其使用接头类型的不同可分为K接头和SMP接头两种，按接头中心孔径不同可分为0.3mm和0.38mm两种规格，按接头法兰盘不同可分为两孔法兰型和四孔法兰型。

由于高频接口种类和规格太多，导致毫米波产品的通用性和互换性较差。比如产品A的高频接口为BJ320型波导，产品B和产品A功能结构等都一样，只是高频接口为K接头，那么我们必须从头设计产品B，而不能用产品A代替。这造成了成巨大的浪费，也不符合产品设计的“三化”要求。

毫米波产品多工作在恶劣环境中，客户对产品有气密性要求。高频接口作为产品的对外接口，也必须做到气密。目前采用的高频接口很难做到气密封装。

为了解决高频接口的通用性和气密性问题，急需发明一种新型的多用途高频转换接口，替换产品目前采用的高频接口。这种多用途高频转换接口应该具有以下特点：1.能兼容波导和同轴两种接口方式；2.更换接口方式不改变内部电路；3.具有气密性；4.具有优良的宽带性能；5.对制造装配误差有较高适应性。

发明内容

本发明的目的是针对毫米波产品当前所使用高频接口存在的不足之处，提供一种互连方便、扩展性好，对制造装配误差有较高适应性，接口装配和转换接口形式方便，能在波导和同轴等接口形式间灵活转换，更换接口形式不需要改变模块内部电路且具有气密性的多用途高频转换接口。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种多用途高频转换接口，包括，一个背端垂直平面制有矩形盲槽的L形波导连接件4，一个作为接口装配载体的测试台载体1，作为同轴接口和波导接口共用件的玻珠2，且测试台载体1的安装槽19上制有连接两端根部玻珠2的直通微带线6，其特征在于，在测试台载体1的至少两个互为垂直的矩形面上，分别制有配合使用同轴接头3和自制波导接口配件的装配面，在作为同轴接口装配面14上制有以玻珠安装孔10为中心，对称排列在玻珠安装孔10两边的同轴接头安装孔11和向两边对称阵列分布的四个波导连接件安装孔12，而在波导安装面16上，则制有梯形阵列排布的BJ320波导安装孔17和BJ260波导安装孔18。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

具有可扩展性；由于本发明多用途高频转换接口的配件独立于产品结构之外，因此具有良好的扩展性。可开发各种规格的配件，更换接口方式只需更换配件。

具有优良的宽带性能；多用途高频转换接口的性能经过电子402计量站测试，其实测指标：27GHz～40GHz带宽内插损小于0.5dB，驻波小于1.5，具有良好的宽带性能。

对制造装配有较高适应性；玻珠2作为同轴接口和波导接口的共用件，测试台载体1的某两面分别作为接口装配面14和波导安装面16，并在其上制有安装孔，配合使用同轴接头3和自制波导接口配件，可实现波导接口和同轴接口的兼容。

能兼容同轴接口和波导接口，具有通用性；良好的生产性也是本接口的一大优点。同轴接口采用厂家同轴接头产品，具有良好生产性，生产性主要由波导接口性能决定。生产性由波导接口配件对制造装配误差有较高适应性的特点来保证。主要依据以下两点：

分析自制配件在制造和装配各环节引入的误差。制造过程产生的误差有：套筒5长度和直径加工误差、装配用调节片厚度加工误差、波导连接件4短路面误差。装配过程产生的误差有：波导连接件4横向和纵向装配误差、、套筒5横向和纵向装配误差。用仿真软件进行容差分析，通过综合调整各配件尺寸，使得接口在最恶劣的情况下也能达到指标要求。

通过容差分析确定尺寸敏感配件有套筒5和装配用调节片，对这两种配件采用精密加工可提高接口的生产性，精密加工的精度可达到±0.02mm。

具有气密性，更换接口方式不需要改变产品的内部电路和结构。本发明将同轴接口和波导接口共用件玻珠2的外壳烧结到产品结构上，玻珠2的长针9导通内部电路，玻珠2的短针8裸露在外用于连接同轴接头3或套筒5，套筒5的装配和拆卸非常方便，因此本发明多用途高频转换接口能兼容同轴接口和波导接口，具有气密性和更换接口方式不改变产品内部电路和结构的特点。

本发明有以下几个创新点：

同轴接口的玻珠2和接口装配面14与波导接口共用，玻珠2的短针8作为波导的激励探针，接口装配面14作为自制波导配件的安装面与自制波导配件一起形成波导口，实现了两种接口方式的兼容，还使得接口具有了气密性和更换配件不改变内部电路的特点。

可拆卸的套筒5也是一个创新点，套筒5装配到玻珠2的短针8上一起构成波导激励探针，使波导接口具有良好的宽带匹配性能，套筒5也可方便的从短针8上拆掉，此时短针8可直接装配同轴接头。

波导安装面上设置有两个安装孔，一个孔按BJ320规格设计，另一个孔按BJ260波导规格设计，使接口具有同时兼容BJ260和BJ320两种形式的优点。

本发明可广泛用于27GHz～40GHz内的毫米波高频转换接口中，更换接口形式通过更换可拆卸的连接配件实现，不需要改变内部电路和结构。具有体积小、价格便宜、接口方式灵活、气密、互连方便、可调试、宽带性能优良、可扩展性好等优点。

附图说明

图1是本发明多用途高频转换接口测试台载体的构造示意图。

图2是玻珠2和套筒5装配关系示意图。

图3是波导连接件4结构示意图。

图4是本发明装配成波导接口时的实施例示意图。

图5是图4的剖视图。

图6是图4的仰视图。

图7是本发明装配成同轴接口时的实施例示意图。

图8是图7的剖视图。

图中：1测试台载体，2玻珠，3同轴接头，4波导连接件，5套筒，6直通微带线，7螺钉，8短针，9长针，10玻珠安装孔，11同轴接头安装孔，12波导连接件安装孔，13波导安装孔，14接口装配面，15波导短路面，16波导安装面，17BJ320波导安装孔，18BJ260波导安装孔，19直通微带线安装槽。

具体实施方式

参阅图1。由于毫米波产品结构类型多，高频转换接口不可独立存在，须以产品结构为装配载体的情况，需要设计一个简单且对称的两端口测试台载体结构，作为多用途高频转换接口的装配载体。测试台载体两端的高频接口具有对称性。多用途高频转换接口必须在满足以下要求的情况下进行设计。首先要能实现接口转换功能，其次接口要满足气密性要求，最后要求接口形式间的转换不影响内部电路。多用途高频转换接口须以毫米波产品结构为装配载体。为了能简洁直观的描述本发明的多用途高频转换接口接口装配关系和任一端接口的装配情况。

图1是本发明多用途高频转换接口的装配载体测试台载体1的实施例示意图。在以下描述的最佳实施例中，多用途高频转换接口，包括：一个作为接口装配载体的测试台载体1、玻珠2、具有两孔法兰的同轴接头3和自制的波导接口配件。波导接口自制配件包括：套筒5、辅助装配用调节片、波导连接件4，自制配件可以有BJ320和BJ260两种规格的。测试台载体1是一个矩形体，其上制有位于中心轴线的直通微带线安装槽19，直通微带线安装槽19是直通微带线6的安装槽，用于安装位于测试台顶端中心轴线上的直通微带线6。直通微带线安装槽19两端根部制有对称的玻珠安装孔10，用于安装玻珠2。玻珠安装孔10位于直通微带线安装槽19两端根部。测试台载体1的接口安装面14上制有对称中心轴线的两个同轴接头安装孔11和四个波导连接件安装孔12。同轴接头安装孔11是同轴接头3的安装孔。同轴接头安装孔11以玻珠安装孔10为中心，对称排列在玻珠安装孔10两边。波导连接件安装孔12是波导连接件4的安装孔，对称分布于接口装配面14中心轴线的两侧。四个波导连接件安装孔12位于同轴接头安装孔11下方，向玻珠安装孔10中心轴线两边对称阵列分布。测试台载体1的波导口安装面16上制有BJ320波导安装孔17和BJ260波导安装孔18，呈梯形阵列排布。

参阅图2。图2是本发明多用途高频转换接口的玻珠2和套筒5装配关系示意图。玻珠2是同轴接口和波导接口的共用件，其外壳烧结在测试台载体1的玻珠安装孔10上。玻珠2的长针9导通直通微带线6，短针8裸露在外。套筒5通过玻珠2右端的短针8相距L长度。辅助装配用调节片，用于确定套筒5到玻珠2根部的距离L，可装配同轴接头3，也可装配套筒5构成波导接口的激励探针。

参阅图3。图3是本发明多用途高频转换接口的波导连接件4示意图。波导连接件4为L形，背端垂直平面上制有位于中心轴线且直通底端的矩形盲槽，矩形盲槽底部端面为波导短路面15，矩形盲槽两侧制有四个配套测试台载体1，对应接口装配面14上波导连接件安装孔12的通孔，在矩形盲槽顶端法兰盘上，制有两个用于供波导接口和外部的连接波导安装孔13。上述波导接口的激励探针置于所述矩形盲槽内。

参阅图4、图5和图6。图4是本发明多用途高频转换接口装配成波导接口时的实施例示意图。装配顺序是先将玻珠2和直通微带线6分别装配在测试台载体1的玻珠安装孔10和直通微带线安装槽19上并焊接。然后装配套筒5到玻珠2的短针8上。最后装配波导连接件4到测试台载体1的波导连接件安装孔12上。玻珠2和套筒5在图4的剖视图图5中可见。直通微带线6和玻珠2分别装配在测试台载体1的直通微带线安装槽19和玻珠安装孔10上。玻珠2的长针9导通直通微带线6，玻珠2的短针8可装配同轴接头3形成如图7所示的同轴接口。同轴接头3用螺钉7固定到测试台载体1的同轴接头安装孔11上，玻珠2的短针8也可装配套筒5构成波导接口的激励探针，再装配波导连接件4形成如图6所示的波导接口。波导连接件4用螺钉7固定在测试台载体1的波导连接件安装孔12上。波导连接件4的矩形盲槽和测试台载体1的接口装配面14构成波导接口的波导腔，波导连接件4顶端的法兰盘和测试台载体1的波导口安装面16组成完整的波导矩形法兰盘，波导连接件4顶端法兰盘上的两个波导安装孔13和测试台载体1波导口安装面16上的BJ320波导安装孔17和BJ260波导安装孔18中的某一个作为和外部连接的三个波导安装孔。

图6是图4的仰视图。波导连接件4有BJ320和BJ260两种规格。波导安装面16呈梯形矩阵的BJ320波导安装孔17和BJ260波导安装孔18中的某一个与波导连接件4的两个波导安装孔13可以组合作为波导接口的对外安装孔。

参阅图7、图8。图7是本发明多用途高频转换接口装配成同轴接口时的实施例示意图。装配顺序是先将玻珠2和直通微带线6分别装配到测试台载体1的玻珠安装孔10和直通微带线安装槽19上，并焊接，然后装配同轴接头3到玻珠2的短针8上，最后用螺钉7将同轴接头3固定到测试台载体1的同轴接头安装孔11上。玻珠2在图7的剖视图图8中可见。

多用途高频转换接口的具体实施方式按如下步骤进行。

接口的简化。27GHz～40GHz频段毫米波产品所采用高频接口主要有同轴接口和波导接口。为了实现两种接口方式的兼容，在满足产品使用要求的情况下分别对两种接口进行简化。同轴接口主要有SMP接头形式和K接头形式。按接头中心孔径可分为0.3mm、0.38mm两种规格。按接头法兰盘不同可分为两孔法兰和四孔法兰两种规格。不同型号接头法兰盘的安装孔距离也可能不同。

同轴接口简化为中心孔径0.38m可配玻珠2的同轴接头3方式时，可实现气密性和转换接口不影响内部电路的功能。SMP接头一般为两孔法兰型，为了实现K接头和SMP接头间的互换，接头要求为两孔法兰型，且接头安装孔距离相同。

波导接口有BJ260和BJ320两种规格。毫米波产品结构一般采用一体化设计，波导口及其法兰盘和腔体在一个整体上，不可分割。以波导探针为中心，波导口位置有朝上、朝下、朝左、朝右，朝前几种情况。因此波导接口不具有互换性和气密性。为了提高波导接口的通用性，波导口位置统一朝下。当某个毫米波产品的接口朝向要求不同时，通过外接专门设计的波导连接件来实现朝向和位置的变换，这个工作由结构设计师来完成。专门设计的波导连接件也可作为新的配件补充到本多用途高频转换接口中来，扩充接口功能，提高接口适应性。

接口的兼容。由于波导接口和产品结构是一体的，为了实现波导接口和同轴接口的兼容，必须将波导接口从结构中分离出来单独进行设计。本发明采用的办法是将同轴接口的玻珠2和接口装配面14与波导接口共用，玻珠2的短针8作为波导的激励探针，装配面14作为自制波导配件的安装面与自制波导配件一起形成波导口。

同轴接口连接配件的选用。同轴接口的配件玻珠2选用最高工作频率可到40GHz的0.38mm规格产品。同轴接口采用的同轴接头也必须为0.38mm规格的两孔接头，其孔径必须与同轴接头安装孔11相匹配。

波导接口连接配件的设计。波导接口配件包括套筒5、装配用调节片、波导连接件4，需要用HFSS之类的专业电磁场仿真进行设计并确定起尺寸。BJ260和BJ320波导接口的尺寸和工作频率不同，因此需要设计两套规格的配件，分别用于这两种接口形式。

玻珠2的短针8直接作波导激励探针具有带宽窄、匹配性能差等缺点。为了实现良好的宽带匹配性能，需要对探针进行改良设计。办法是设计一个空心套筒5，并装配到短针8上，改变其直径和长度以达到良好的宽带匹配性能。

玻珠2的外壳是金属，为了防止套筒5接触到外壳形成短路，且由于阻抗匹配的需要，套筒5不能装配到短针8的根部，必须间隔一定距离L。L值由仿真设计确定。短针8有L长的部分未被套筒5遮挡，和套筒5一起构成波导激励探针，在装配时怎样保证套筒5到短针8根部的距离为L是个难题。采取的办法是设计一个厚度为L的U形装配用调节片。套筒5和玻珠2的装配关系参阅图2。

波导连接件4中波导短路面15的位置由仿真计算确定。波导连接件4装配到测试台载体1的波导连接件安装孔12上和接口装配面14形成波导腔，和波导安装面16形成波导口法兰盘，组成完整的波导接口，其结构参阅图6。

测试台载体1的底面作为波导安装面16，上面设置两个安装孔，一个孔为BJ320波导安装孔17，另一个孔为BJ260波导安装孔18，波导连接件4上有两个波导安装孔，加上波导安装面16上的安装孔，BJ320和BJ260波导口都分别有三个波导安装孔，满足装配固定要求。

Claims (2)

1.一种多用途高频转换接口，包括，一个背端垂直平面制有矩形盲槽的L形波导连接件（4），一个作为接口装配载体的测试台载体（1），作为同轴接口和波导接口共用件的玻珠（2），且测试台载体（1）的安装槽（19）上制有连接两端根部玻珠（2）的直通微带线（6），其特征在于，在测试台载体（1）的至少两个互为垂直的矩形面上，分别制有配合使用同轴接头（3）和自制波导接口配件的装配面，在作为同轴接口装配面（14）上制有以玻珠安装孔（10）为中心，对称排列在玻珠安装孔（10）两边的同轴接头安装孔（11）和向两边对称阵列分布的四个波导连接件安装孔（12），而在波导安装面（16）上，则制有梯形阵列排布的BJ320波导安装孔（17）和BJ260波导安装孔（18）,其中,玻珠（2）外壳烧结在测试台载体（1）的玻珠安装孔（10）上,玻珠（2）的长针（9）导通直通微带线（6），短针（8）裸露在外，装配套筒（5）构成波导接口的激励探针，装配同轴接头（3）形成同轴接口，套筒（5）通过玻珠（2）右端的短针（8）相距L长度；同轴接头（3）固定在测试台载体（1）的同轴接头安装孔（11）上，背端垂直平面上制有位于中心轴线且直通底部端面的矩形盲槽，矩形盲槽底部端面为波导短路面（15），矩形盲槽两侧制有四个配套测试台载体（1），对应接口装配面（14）上波导连接件安装孔（12）的通孔，在矩形盲槽顶端法兰盘上，制有两个用于供波导接口和外部的连接波导安装孔（13），且波导接口的激励探针置于所述矩形盲槽内；波导连接件（4）固定在测试台载体（1）的波导连接件安装孔（12）上，波导连接件（4）的矩形盲槽和测试台载体（1）的接口装配面（14）构成波导接口的波导腔。

2.如权利要求1所述的多用途高频转换接口，其特征在于，波导连接件（4）顶端的法兰盘和测试台载体（1）的波导口安装面（16）组成完整的波导矩形法兰盘，波导连接件（4）顶端法兰盘上的两个波导安装孔（13）和波导口安装面（16）上的BJ320波导安装孔（17）和BJ260波导安装孔（18）中的某一个作为和外部连接的三个波导安装孔；波导安装面（16）呈梯形矩阵的BJ320波导安装孔（17）和BJ260波导安装孔（18）中的某一个与波导连接件（4）的两个波导安装孔（13）组合作为波导接口的对外安装孔。