CN105514555A - 耐高温毫米波连接器 - Google Patents

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亓东
王健
邢翠红
徐月乔
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H—ELECTRICITY
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    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports

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Abstract

本发明提出一种耐高温毫米波连接器，包括内导体、外导体、介质支撑、连接螺套；介质支撑采用聚醚醚酮，轴向厚度为2～3mm；在与内导体后段外径变化位置对应的外导体内表面位置，设置有两个台阶补偿。本发明采用的介质支撑材料为PEEK(聚醚醚酮)，该材料的标称使用温度为260℃，在本发明中通过对介质支撑在轴向上加厚，使其支撑段加强，从而使毫米波连接器的使用温度提高到300℃。本发明在外导体内表面设置了两个台阶，使补偿变得平缓，实现了内导体或补偿处尺寸稍有偏差不会对毫米波连接器的性能产生很大影响的效果，从而保证了毫米波连接器在高温300℃环境中使用的电气性能。

Description

耐高温毫米波连接器
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体为一种耐高温毫米波连接器。
背景技术
毫米波系统方向性好、天线增益高、体积小重量轻，与红外线及光波相比，在恶劣天气条件下有良好的穿透力，因而在军事和民用两方面都有广泛的用途。随着毫米波技术的发展，毫米波连接器越来越多的应用于军事和民用产品。尤其在军事领域，毫米波连接器的应用越来越广泛。
随着国防科技的发展，毫米波连接器越来越广泛的应用于武器装备方面。根据武器装备使用环境的不同，对毫米波连接器的要求也不同。有的武器装配要求使用在300℃高温环境中，因此耐高温毫米波连接器的研制生产迫在眉睫。
目前毫米波连接器生产外导体和内导体使用的黄铜、锡磷青铜、铍青铜、不锈钢等都能使用在300℃高温环境中，不存在困难。只有连接器外导体和内导体之间的介质支撑使用温度不能够满足300℃。
首先从毫米波连接器结构设计特点分析，目前公开技术中生产的毫米波连接器，其结构基本采用了空气填充的界面结构加高强度薄介质支撑的结构方法。因为空气填充的界面已经形成标准没有什么设计技巧存在，对于毫米波连接器性能产生影响的主要的原因是介质支撑的引入和内导体变径时补偿的引入。
毫米波连接器的使用频率接近其空气介质时的上限截止频率，引入介质支撑的介电常数越小，介质支撑越薄则性能越好。但目前国内能够用来支撑毫米波连接器的介电常数较小的薄介质材料都不能满足300℃高温的要求。
内导体变径时需要加补偿，国内生产的连接器内导体变径时一般采用一个高阻抗进行补偿，这样的结构设计导致内导体或补偿处尺寸在加工或使用时稍有偏差，都会使毫米波连接器的性能产生很大变化，导致毫米波连接器一致性差。
其次从耐高温连接器介质支撑材料分析，目前公开技术中生产的耐高温连接器，其介质支撑的材料一般分为两种。
一种是玻璃，采用玻璃烧结的方式将连接器的外导体与内导体用玻璃烧结在一起。这种玻璃介质可以耐到高温600℃。但这种介质烧结时的温度会达到1000℃，导致连接器的内导体和外导体用普通的材料已经不能满足，只能用能够耐到1000℃的可伐合金材料，但是可伐合金材料又存在加工难度大且弹性差的问题，不能用于做插孔。另外由于玻璃烧结工艺采用的是玻璃粉料通过高温熔化再固化的工艺方式，这种工艺方式固有的缺陷会导致加工的产品本身也存在以下几方面问题：首先玻璃烧结较难保证每只介质支撑的密度达到一致，介质支撑的密度产生变化，又会导致其节电常数产生变化，所以在介质支撑处的阻抗一致性波动较大，影响连接器的电气性能，合格率低，且性能相对较差；其次模具尺寸较难调整，所以在研制生产阶段若绝缘介质细微变动就会引起模具的报废，成本太高、造价昂贵，不适用于毫米波产品。
另一种是陶瓷，陶瓷可以车削，也可以耐到高温400℃以上，但是陶瓷介质的介电常数大，不能满足毫米波产品的高性能要求。
发明内容
为解决现有毫米波连接器不能耐300℃高温的技术问题，本发明提出了一种耐高温毫米波连接器。
本发明的技术方案为：
所述一种耐高温毫米波连接器，包括内导体(1)、外导体(3)、介质支撑(2)、连接螺套(4)；外导体(3)与连接螺套(4)同轴密封固定连接；其特征在于：还包括衬套(9)，衬套(9)同轴密封固定在外导体(3)轴向通孔内，介质支撑(2)同轴固定在衬套(9)轴向通孔内，并且衬套(9)和外导体(3)对介质支撑(2)轴向限位；介质支撑(2)与内导体(1)中部固定连接，使内导体(1)与外导体(3)同轴；
所述介质支撑(2)采用聚醚醚酮，轴向厚度为2～3mm；
在与所述内导体(1)后段外径变化位置对应的外导体(3)内表面位置，设置有两个台阶补偿。
进一步的优选方案，所述一种耐高温毫米波连接器，其特征在于：所述两个台阶补偿的台阶面轴向距离为0.16～0.2mm，所述两个台阶补偿的后侧台阶面与所述内导体(1)后段外径变化位置台阶面的轴向距离为0.3～0.4mm。
进一步的优选方案，所述一种耐高温毫米波连接器，其特征在于：介质支撑(2)轴向厚度为2.5mm。
有益效果
本发明的有益效果：
1、本发明采用的介质支撑材料为PEEK(聚醚醚酮)，该材料的标称使用温度为260℃，在本发明中通过对介质支撑在轴向上加厚(相比于普通毫米波连接器介质支撑的轴向厚度)，使其支撑段加强，从而使毫米波连接器的使用温度提高到300℃。
2、本发明的介质支撑介电常数与普通毫米波连接器的介质支撑介电常数相当，但本发明介质支撑的轴向厚度比普通毫米波连接器介质支撑的轴向厚度大很多，所以本发明通过在外导体内表面设置台阶进行补偿，而且本发明在外导体内表面设置了两个台阶，使补偿变得平缓，实现了内导体或补偿处尺寸稍有偏差不会对毫米波连接器的性能产生很大影响的效果，从而保证了毫米波连接器在高温300℃环境中使用的电气性能。
3、本发明介质支撑采用挤制成型的绝缘棒料经机械加工而成，相对玻璃烧结的玻璃支撑而言，加工难度低，加工效率高，对外导体和内导体的材料选取范围更宽，灵活性也更大，能够适应不同的结构类型。
附图说明
图1：本发明的结构示意图；
其中：1、内导体；2、介质支撑；3、外导体；4、连接螺套；5、卡环；6、密封圈；7、前侧台阶；8、后侧台阶。
图2：本发明内导体与外导体局部结构示意图；
其中：9、衬套。
图3：实施例1结构示意图。
图4：实施例1仿真结果图。
图5：实施例2仿真结果图。
图6：实施例3结构示意图。
图7：实施例3仿真结果图。
具体实施方式
下面结合具体实施例描述本发明：
为解决现有毫米波连接器无法满足300℃使用环境的问题，本发明提出了一种耐高温毫米波连接器，如图1和图2所示，包括内导体(1)、外导体(3)、介质支撑(2)、连接螺套(4)；外导体(3)与连接螺套(4)通过卡环(5)同轴密封固定连接；该耐高温毫米波连接器还包括衬套(9)，衬套(9)同轴卡接固定在外导体(3)轴向通孔内，并通过密封圈(6)密封，介质支撑(2)同轴固定在衬套(9)轴向通孔内，并且衬套(9)和外导体(3)对介质支撑(2)轴向限位；介质支撑(2)与内导体(1)中部固定连接，使内导体(1)与外导体(3)同轴。
由于需要满足300℃使用环境，本发明采用的介质支撑材料为PEEK(聚醚醚酮)，该材料的标称使用温度为260℃，在本发明中通过对介质支撑在轴向上加厚(相比于普通毫米波连接器介质支撑的轴向厚度)，轴向厚度达到2～3mm，使其支撑段加强，从而使毫米波连接器的使用温度提高到300℃。
本发明的介质支撑介电常数与普通毫米波连接器的介质支撑介电常数相当，但本发明介质支撑的轴向厚度比普通毫米波连接器介质支撑的轴向厚度大很多，所以本发明通过在外导体内表面设置台阶进行补偿。
另外，由于产品结构的需要，内导体外径尺寸不可能是一成不变的，但是内导体外径尺寸的变化，使得阻抗不连续，为了获得最佳性能，应使阻抗连续。为了保证阻抗的连续性，也需要在内导体变径处增加补偿，而通用的补偿方式是内导体变径处对应的外导体上用一个台阶来补偿。申请人通过分析，发现用一个台阶来补偿时，台阶尺寸和内导体尺寸稍有变化都会很大影响补偿处的阻抗。所以本发明在与内导体后段变径处对应的外导体内表面位置，设置了两个台阶，使补偿变得平缓，大大减小了阻抗的变化，实现了内导体或补偿处尺寸稍有偏差不会对毫米波连接器的性能产生很大影响的效果，从而保证了毫米波连接器在高温300℃环境中使用的电气性能。
并且进一步的，通过理论分析以及仿真计算，优选了两个台阶补偿的台阶面轴向距离为0.16～0.2mm，两个台阶补偿的后侧台阶面与所述内导体后段外径变化位置台阶面的轴向距离为0.3～0.4mm。
实施例1：
本实施例中的介质支撑轴向长度为2.5mm，内导体外径尺寸为其余尺寸如图3所示，用HFSS仿真软件进行仿真，仿真结果如图4所示，在要求的频段内，驻波值VSWR小于1.1。
实施例2：
本实施例中的介质支撑轴向长度为2.5mm，内导体外径尺寸为其余尺寸如图3所示，用HFSS仿真软件进行仿真，仿真结果如图5所示，在要求的频段内，驻波值VSWR小于1.1。
实施例3：
本实施例中的介质支撑轴向长度为2.5mm，内导体外径尺寸为其余尺寸如图6所示，用HFSS仿真软件进行仿真，仿真结果如图7所示，在要求的频段内，驻波值VSWR小于1.1。
从三个实施例可以看出，内导体外径尺寸以及补偿处尺寸稍有变化不会对毫米波连接器的性能产生很大影响。

Claims (3)

1.一种耐高温毫米波连接器，包括内导体(1)、外导体(3)、介质支撑(2)、连接螺套(4)；外导体(3)与连接螺套(4)同轴密封固定连接；其特征在于：还包括衬套(9)，衬套(9)同轴密封固定在外导体(3)轴向通孔内，介质支撑(2)同轴固定在衬套(9)轴向通孔内，并且衬套(9)和外导体(3)对介质支撑(2)轴向限位；介质支撑(2)与内导体(1)中部固定连接，使内导体(1)与外导体(3)同轴；
所述介质支撑(2)采用聚醚醚酮，轴向厚度为2～3mm；
在与所述内导体(1)后段外径变化位置对应的外导体(3)内表面位置，设置有两个台阶补偿。
2.根据权利要求1所述一种耐高温毫米波连接器，其特征在于：所述两个台阶补偿的台阶面轴向距离为0.16～0.2mm，所述两个台阶补偿的后侧台阶面与所述内导体(1)后段外径变化位置台阶面的轴向距离为0.3～0.4mm。
3.根据权利要求1或2所述一种耐高温毫米波连接器，其特征在于：介质支撑(2)轴向厚度为2.5mm。
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