CN104377480B - 一种宇航用舱外大功率tnc电缆组件 - Google Patents

Abstract

一种宇航用舱外大功率TNC电缆组件，可实现空间任意位置TNC接口间的连接，适用于宇航舱外大功率天线系统。该电缆组件由TNC连接器和柔性多芯射频同轴电缆构成，TNC连接器包括连接螺母、垫圈、卡簧、第一绝缘子、第二绝缘子、插针、壳体、焊套及紧固螺母，这些最终实现了TNC电缆组件全频段优良的微波性能，保证了TNC电缆组件在高低温突变、高辐射空间环境及真空状态下高功率的使用要求。本发明结构新颖，具有高可靠、宽频带、低驻波、高功率等特点，同比普通射频同轴电缆组件具有更优的耐空间环境性能，有利于提高宇航天线系统性能和可靠性，具有较高的可行性和实用性。

Description

一种宇航用舱外大功率TNC电缆组件

技术领域

本发明属于微波射频无源器件领域，具体地涉及一种电缆组件，特别是一种宇航用舱外大功率TNC电缆组件。

背景技术

现有TNC电缆组件采用传统的连接器结构和普通的射频电缆，不能满足高低温突变、高辐射空间环境及真空状态下高功率的使用要求，且在多次弯曲后的插入损耗易增大，造成一定的散热问题，从而降低了整个产品的可靠性。因此，亟需设计一种改进的TNC电缆组件，以提高整个天线系统的性能和可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术中的不足，提出一种在保证优良微波传输参数的基础上实现高可靠耐空间环境性能的宇航用舱外大功率TNC电缆组件。本发明采用可在高真空环境下容纳较大功率的TNC连接器，并配接柔性多芯射频同轴电缆，其能在多次弯曲后仍保持稳定的性能，实现空间任意位置TNC接口间的连接。

本发明的上述目的是通过以下技术方案予以实现的：

一种宇航用舱外大功率TNC电缆组件，包括：柔性多芯射频同轴电缆和两个TNC连接器，所述柔性多芯射频同轴电缆的两端分别通过一个电缆套管与一个TNC连接器连接；在柔性多芯射频同轴电缆的每一端，电缆套管套装在柔性多芯射频同轴电缆上；每个TNC连接器包括插针、第一绝缘子、第二绝缘子、焊套、壳体、卡簧、垫圈、以及连接螺母，其中

紧固螺母包括顺序布置的第一端部和第二端部，紧固螺母套装于焊套上，焊套进一步以焊接的方式套装在柔性多芯射频同轴电缆的一端，紧固螺母的第一端部设置有外螺纹，并且该第一端部通过设置在焊套第一端上的台阶限位；

插针具有顺序连接的插针头部、第一圆柱部和插针尾部，插针头部用于插设到外部的TNC连接器的插孔中；插针尾部的直径大于第一圆柱部的直径，插针尾部具有中心孔，柔性多芯射频同轴电缆的内芯伸入该中心孔中，并通过焊接的方式与插针连接；

第二绝缘子的材料为聚三氟氯乙烯，第二绝缘子的尾部设置有顺序连接的环形凸台部和环锥部，第二绝缘子套装在插针尾部上；第一绝缘子的材料为聚四氟乙烯，第一绝缘子的前端具有内凹槽，其外壁上具有三个凹槽，其后端设置有凸缘部，第一绝缘子套装在插针的第一圆柱部上，当安装到位时，第一绝缘子的尾端紧贴插针的插针尾部和第二绝缘子的前端面，第二绝缘子的环锥部插入柔性多芯射频同轴电缆的绝缘层中，并且环形凸台部紧贴柔性多芯射频同轴电缆的端面；

壳体包括顺序布置的圆柱部、第一台阶部、以及第二台阶部，三部分的直径逐渐增大，第一台阶部的外壁上设置有卡簧下槽；壳体的内腔包括顺序布置的第一腔、第二腔、第三腔以及第四腔，其中，第二腔、第一腔、第三腔以及第四腔的直径依次增大，第二腔与第三腔之间形成有第一台阶面，第三腔与第四腔之间形成有第二台阶面；圆柱部的前端面上设置有环形凹陷；第四腔的腔壁上部分地设置有螺纹，用于与紧固螺母第一端部的外螺纹配合；连接螺母的内腔包括螺纹腔段和光壁腔段，螺纹腔段用于与外部的TNC连接器上的外螺纹连接；光壁腔段的腔壁上具有卡簧上槽；垫圈套装在壳体的圆柱部上，并抵靠第一台阶部；连接螺母套装在壳体；当安装到位时，卡簧下槽与卡簧上槽对应，并且卡簧装配在卡簧下槽和卡簧上槽中；并且

当安装到位后，壳体第四腔腔壁上的螺纹与紧固螺母第一端部上的外螺纹配合；壳体的第二台阶面抵接焊套的前端面；第一绝缘子的凸缘部抵靠在壳体的第一台阶面上；第一绝缘子的外壁与壳体的第二腔的腔壁接触；第二绝缘子的环形凸台部与壳体的第三腔的腔壁接触；并且电缆套管包覆在柔性多芯射频同轴电缆、紧固螺母的第二端部以及壳体的第二台阶部的外部。

优选地，焊套的第二端为六瓣开凿收口结构。

优选地，壳体的环形凹陷的侧壁上设置有对称布置的切槽；并且第一台阶部的壁上还设有一个排气孔，该排气孔位于卡簧下槽与第二台阶部之间，并与壳体的内腔连通。

优选地，紧固螺母第二端部焊接有弯管，当安装到位时，柔性多芯射频同轴电缆位于弯管内，电缆套管套装在弯管外。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明采用双段不同材料及结构的第一绝缘子和第二绝缘子，与传统的六孔开槽式或圆柱带台阶结构的单个绝缘子相比，增强了本发明的机械性能，使得本发明具有高可靠特性。

(2)本发明采用的焊套的尾端为六瓣开凿收口,安装后尾部收口抓紧电缆侧壁，有利于防止温度交变过程中电缆内屏蔽层的热胀冷缩,使得本发明具有良好的耐高低温交变性能。

(3)本发明的壳体前端具有对称的切槽，中间部位有通气孔，有利于提高高低温交变环境下的防真空微放电和防低气压放电能力，使得本发明具有良好的耐空间环境性能。

(4)本发明的连接器结构、安装形式及射频电缆结构，使得本发明较之传统的TNC电缆组件，工作频带更宽，功率更高，微波传输性能及耐空间环境性能更好，实现了宇航用舱外大功率TNC电缆组件，其工作频率为DC～18GHz，驻波比小于1.25，额定功率为150W,工作温度为-100℃～+125℃，可在高真空环境下工作，实现空间任意位置TNC接口间的连接。

附图说明

图1为根据本发明的TNC电缆组件的外部结构示意图；

图2为根据本发明的连接器的整体结构剖面示意图；

图3为根据本发明的连接器的分解示意图；

图4为根据本发明的第一绝缘子的示意图；

图5为根据本发明的第二绝缘子的示意图；

图6为根据本发明的焊套的示意图；

图7a为根据本发明的壳体的外观示意图，图7b为壳体的剖视图；

图8为根据本发明的端口分别为直式和弯式连接器的TNC电缆组件的外部结构示意图；

图9为根据本发明的弯式TNC连接器的剖面示意图；

图10为本发明的连接螺母的剖视图。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对根据本发明的宇航用舱外大功率TNC电缆组件做进一步详细的描述。

如图1所示，根据本发明的宇航用舱外大功率TNC电缆组件，通过在一根柔性多芯射频同轴电缆两端直接配接TNC连接器来实现。其中，柔性多芯射频同轴电缆可以为柔性或半柔性(或称半软)，其长度可以根据需要在装配前按需裁剪，并根据需要在装配前进行弯曲或在使用时进行弯曲。柔性多芯射频同轴电缆a的两端分别通过一个电缆套管6与一个TNC连接器连接；在柔性多芯射频同轴电缆a的每一端，电缆套管6套装在柔性多芯射频同轴电缆a上。

如图2-图10所示，TNC连接器包括插针1、第一绝缘子2、第二绝缘子3、焊套4、紧固螺母5、壳体7、卡簧8、垫圈9、连接螺母10。

紧固螺母5包括顺序布置的第一端部51和第二端部52，紧固螺母5套装于焊套4上，焊套4进一步以焊接的方式套装在柔性多芯射频同轴电缆a的一端，紧固螺母5的第一端部51设置有外螺纹，并且该第一端部51通过设置在焊套4第一端上的台阶41限位。

插针1具有顺序连接的插针头部101、第一圆柱部102和插针尾部103，插针头部101用于插设到外部的TNC连接器的插孔中；插针尾部103的直径大于第一圆柱部101的直径，插针尾部103具有中心孔，柔性多芯射频同轴电缆a的内芯伸入该中心孔中，并通过焊接的方式与插针1连接。

第二绝缘子3的材料为聚三氟氯乙烯，第二绝缘子3的尾部设置有顺序连接的环形凸台部31和环锥部32，第二绝缘子3套装在插针尾部103上；第一绝缘子2的材料为聚四氟乙烯，第一绝缘子2的前端具有内凹槽21，其外壁上具有三个凹槽22，其后端设置有凸缘部23，第一绝缘子2套装在插针1的第一圆柱部102上，当安装到位时，第一绝缘子2的尾端紧贴插针的插针尾部103和第二绝缘子3的前端面，第二绝缘子3的环锥部32插入柔性多芯射频同轴电缆a的绝缘层中，并且环形凸台部31紧贴柔性多芯射频同轴电缆a的端面。

壳体7包括顺序布置的圆柱部71、第一台阶部72、以及第二台阶部73，三部分的直径逐渐增大，第一台阶部72的外壁上设置有卡簧下槽721；壳体7的内腔包括顺序布置的第一腔74、第二腔75、第三腔76以及第四腔77，其中，第二腔75、第一腔74、第三腔76以及第四腔77的直径依次增大，第二腔75与第三腔76之间形成有第一台阶面78，第三腔76与第四腔77之间形成有第二台阶面79；圆柱部71的前端面上设置有环形凹陷711；第四腔77的腔壁上部分地设置有螺纹，用于与紧固螺母5第一端部51的外螺纹配合；连接螺母10的内腔包括螺纹腔段1001和光壁腔段1002，螺纹腔段1001用于与外部的TNC连接器上的外螺纹连接；光壁腔段1002的腔壁上具有卡簧上槽1003；垫圈9套装在壳体7的圆柱部71上、并抵靠第一台阶部72；连接螺母10套装在壳体7；当安装到位时，卡簧下槽721与卡簧上槽1003对应，并且卡簧8装配在卡簧下槽721和卡簧上槽1003中。

当安装到位后，壳体7第四腔77腔壁上的螺纹与紧固螺母5第一端部51上的外螺纹配合；壳体7的第二台阶面79抵接焊套4的前端面；第一绝缘子2的凸缘部23抵靠在壳体7的第一台阶面78上；第一绝缘子2的外壁与壳体7的第二腔75的腔壁接触；第二绝缘子3的环形凸台部31与壳体7的第三腔76的腔壁接触；并且电缆套管6包覆在柔性多芯射频同轴电缆a、紧固螺母(5)的第二端部52以及壳体7的第二台阶部73的外部。

如图4所示、图5所示，第一绝缘子2前端具有内凹槽21，此结构设计有利于第一绝缘子与外部TNC连接器的端面无缝隙连接。中间设置的三段凹槽降低了第一绝缘子的综合节电系数，有利于阻抗匹配。凸缘部与壳体的第一台阶面共同对第一绝缘子起到限位作用，同时还利于阻抗补偿。

第二绝缘子3与壳体的第三腔76之间形成了空气填充段，有利于阻抗匹配。环形凸台部31与柔性多芯射频同轴电缆a共同对第二绝缘子进行限位。尾部设计的环锥部结构紧紧压入电缆绝缘层，能够填充电缆a的绝缘层在温度交变过程中产生的空隙。两段绝缘子均具有精密阻抗补偿性能及高比强度。两个绝缘子将壳体7与插针1及电缆内芯完全隔离开，增强了本发明的耐高功率性能及防真空微放电能力。此绝缘支撑结构的机械可靠性较之传统绝缘子更高，其新颖的结构和安装形式提高了电缆组件在宇航空间环境下的可靠性。

如图6所示，焊套4的尾端(或称第二端42)采用六瓣开凿收口结构,可在紧固螺母5与壳体7的螺纹咬合过程中不断收紧，从而抓紧电缆侧壁。安装后，有利于防止温度交变过程中电缆内屏蔽层的热胀冷缩,使得本发明具有良好的耐高低温交变性能。同时，有利于防止电缆收缩,使射频电缆组件保持良好的微波传输特性。当然，也可以采用四瓣开凿收口结构，具体采用怎样的开口结构可以根据实际情况设置，不以本发明为限。

如图7所示，壳体7的环形凹陷711的侧壁上设置有对称布置的切槽712、712；并且第一台阶部72的壁上还设有一个排气孔722，该排气孔722位于卡簧下槽721与第二台阶部73之间，并与壳体7的内腔连通。设置切槽和排气孔有利于提高高低温交变环境下的防真空微放电和防低气压放电能力，使得本发明具有良好的耐空间环境性能。环形凹陷的布置有利于壳体与外部的TNC连接器之间形成紧密接触。

上面描述的TNC连接器均为直式TNC连接器结构，然而实际应用过程中，可能需要使用弯式的TNC连接器，通过在上述直式TNC连接器中的紧固螺母5第二端部52焊接一个弯管11(其它结构不变)便可以满足此种需求。如图8所示，对于只一端需要使用弯式TNC连接器的场合，可以在电缆的一端配接直式TNC连接器(参考图1和图2)，在电缆的另一个端口配节弯式TNC连接器(参考图9)。对于两端均需要使用弯式TNC连接器的场合，可以在电缆两端分别装配弯式TNC连接器。如此设置可以防止连接器端部因多次弯折对电缆的损坏，有利于提高电缆组件的使用寿命。

此外，由于柔性多芯射频同轴电缆具有十万次以上的弯曲寿命，其内芯由弯曲半径极小的多股导体构成，绝缘屏蔽层外包裹柔软结构，其电缆外壁也呈绕包结构，可在不同的位置实现空间互联，且在多次弯曲后仍保持较低的插入损耗，提高了本发明可靠性。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种宇航用舱外大功率TNC电缆组件，其特征在于，包括：柔性多芯射频同轴电缆(a)和两个TNC连接器，所述柔性多芯射频同轴电缆(a)的两端分别通过一个电缆套管(6)与一个TNC连接器连接；在柔性多芯射频同轴电缆(a)的每一端，电缆套管(6)套装在柔性多芯射频同轴电缆(a)上；每个TNC连接器包括插针(1)、第一绝缘子(2)、第二绝缘子(3)、焊套(4)、壳体(7)、卡簧(8)、垫圈(9)以及连接螺母(10)，其中

紧固螺母(5)包括顺序布置的第一端部(51)和第二端部(52)，紧固螺母(5)套装于焊套(4)上，焊套(4)进一步以焊接的方式套装在柔性多芯射频同轴电缆(a)的一端，紧固螺母(5)的第一端部(51)设置有外螺纹，并且该第一端部(51)通过设置在焊套(4)第一端上的台阶(41)限位；

插针(1)具有顺序连接的插针头部(101)、第一圆柱部(102)和插针尾部(103)，插针头部(101)用于插设到外部的TNC连接器的插孔中；插针尾部(103)的直径大于第一圆柱部(102)的直径，插针尾部(103)具有中心孔，柔性多芯射频同轴电缆(a)的内芯伸入该中心孔中，并通过焊接的方式与插针(1)连接；

第二绝缘子(3)的材料为聚三氟氯乙烯，第二绝缘子(3)的尾部设置有顺序连接的环形凸台部(31)和环锥部(32)，第二绝缘子(3)套装在插针尾部(103)上；第一绝缘子(2)的材料为聚四氟乙烯，第一绝缘子(2)的前端具有内凹槽(21)，其外壁上具有三个凹槽(22，22，22)，其后端设置有凸缘部(23)，第一绝缘子(2)套装在插针(1)的第一圆柱部(102)上，当安装到位时，第一绝缘子(2)的尾端紧贴插针的插针尾部(103)和第二绝缘子(3)的前端面，第二绝缘子(3)的环锥部(32)插入柔性多芯射频同轴电缆(a)的绝缘层中，并且环形凸台部(31)紧贴柔性多芯射频同轴电缆(a)的端面；

壳体(7)包括顺序布置的圆柱部(71)、第一台阶部(72)以及第二台阶部(73)，三部分的直径逐渐增大，第一台阶部(72)的外壁上设置有卡簧下槽(721)；壳体(7)的内腔包括顺序布置的第一腔(74)、第二腔(75)、第三腔(76)以及第四腔(77)，其中，第二腔(75)、第一腔(74)、第三腔(76)以及第四腔(77)的直径依次增大，第二腔(75)与第三腔(76)之间形成有第一台阶面(78)，第三腔(76)与第四腔(77)之间形成有第二台阶面(79)；圆柱部(71)的前端面上设置有环形凹陷(711)；第四腔(77)的腔壁上部分地设置有螺纹，用于与紧固螺母(5)第一端部(51)的外螺纹配合；连接螺母(10)的内腔包括螺纹腔段(1001)和光壁腔段(1002)，螺纹腔段(1001)用于与外部的TNC连接器上的外螺纹连接；光壁腔段(1002)的腔壁上具有卡簧上槽(1003)；垫圈(9)套装在壳体(7)的圆柱部(71)上，并抵靠第一台阶部(72)；连接螺母(10)套装在壳体(7)；当安装到位时，卡簧下槽(721)与卡簧上槽(1003)对应，并且卡簧(8)装配在卡簧下槽(721)和卡簧上槽(1003)中；并且

当安装到位后，壳体(7)第四腔(77)腔壁上的螺纹与紧固螺母(5)第一端部(51)上的外螺纹配合；壳体(7)的第二台阶面(79)抵接焊套(4)的前端面；第一绝缘子(2)的凸缘部(23)抵靠在壳体(7)的第一台阶面(78)上；第一绝缘子(2)的外壁与壳体(7)的第二腔(75)的腔壁接触；第二绝缘子(3)的环形凸台部(31)与壳体(7)的第三腔(76)的腔壁接触；并且电缆套管(6)包覆在柔性多芯射频同轴电缆(a)、紧固螺母(5)的第二端部(52)以及壳体(7)的第二台阶部(73)的外部；

壳体(7)的环形凹陷(711)的侧壁上设置有对称布置的切槽(712，712)；并且第一台阶部(72)的壁上还设有一个排气孔(722)，该排气孔(722)位于卡簧下槽(721)与第二台阶部(73)之间，并与壳体(7)的内腔连通。

2.根据权利要求1所述的宇航用舱外大功率TNC电缆组件，其特征在于，焊套(4)的第二端(42)为六瓣开凿收口结构。

3.根据权利要求1所述的宇航用舱外大功率TNC电缆组件，其特征在于，紧固螺母(5)第二端部(52)焊接有弯管(11)，当安装到位时，柔性多芯射频同轴电缆(a)位于弯管(11)内，电缆套管(6)套装在弯管(11)外。