CN107104332B - 一种无源互调抑制同轴连接器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无源互调抑制同轴连接器，该电连接器阴头内导体的内侧或者阳头内导体外侧上均匀平整镀覆内导体介质层，使得阳头内导体与阴头内导体之间不存在金属接触；阴头外导体和/或阳头外导体端部从内至外镀覆有外导体介质层，使阴头外导体与阳头外导体之间不存在金属接触。所述内导体介质层和外导体介质层材料为硅、硅类化合物、聚碳酸酯类材料或者聚合物材料。该连接器可以实现无源互调抑制，具有稳定性高、无源互调抑制效果显著等特点，满足航天器及地面通信系统的低无源互调要求，具有广泛的工程应用前景。

Description

一种无源互调抑制同轴连接器

技术领域

本发明涉及一种同轴连接器，特别是一种降低无源互调的同轴连接器，属于电连接器技术领域。

背景技术

随着下一代收发共用通信卫星技术的发展，更高传输功率与更多通道数成为必然的发展趋势。而对于高功率收发共用天线而言，极易发生无源互调问题，成为限制其可靠性的基础性技术难题。无源互调(Passive-Intermodulation,简称PIM)是指在大功率条件下，当输入两个或者两个以上载波时，由于微波无源部件的非线性导致载波信号相互调制，产生载波频率的组合产物落入接收通带内造成干扰的现象。

同轴连接器是一种在射频通信系统普遍使用的电连接器件，其连接界面上的金属-金属之间似接触非接触的特性往往导致无源互调，而其无源互调特性是整个射频通信系统的无源互调电平的关键组成部分。降低星上同轴连接器PIM，对于保证空间射频通信系统，尤其是收发共用系统的高可靠性与长寿命意义重大。与此同时，同轴连接器在很多地面通信系统中，尤其是大功率基站通信系统中，往往是导致系统无源互调指标恶化的关键性器件，其无源互调指标的优化对于整个系统的通信质量与正常运行至关重要。研发一种通用的、易于加工实现的无源互调抑制连接器及其实现技术对于大功率通信收发系统至关重要，在市场竞争中对于竞标的成败往往构成决定性因素。

“低无源互调失真的可旋转连接器(CN101916926A)”，公开了一种同轴连接器主体和同轴电缆的外导体之间的联接装置，通过在连接器主体的孔中设置环形接触部槽，在小于槽顶部宽度的槽底部宽度之间过渡，将机械硬连接转换为弹性连接，改变连接特性，从而改善连接器的无源互调特性，但是仍无法消除弹性接触部分产生的非线性接触及由此引发的无源互调，同时对加工要求较高。

“一种DIN型射频器件的连接器(CN201966461U)”，该实用新型发明专利涉及一种DIN型射频器件的连接器，通过将连接器本体与腔体通过连接器安装法兰连接固定在一起，同时安装法兰与腔体相接触的安装法兰端面上设有凸环，凸环设置在金属穿墙部分的外围，凸环与金属穿墙部分同心。该发明通过单独加工带卡槽内芯实现三阶互调抑制的DIN型连接器，无法完全消除由于金属-金属接触引起的非线性分量及由此引发的无源互调，同时需要外加施力加固，给加工与使用带来额外的消耗；

国际专利《Radio frequency connectors for passive intermodulationprevention》(专利号：US 8998640B1)，结构图如图1所示，通过在连接器外导体之间打孔加载螺钉，加固机械连接，同时在螺钉帽上打孔，并将所有螺钉用金属连接带连接，克服由于长期工作带来的接触力变松、机械连接恶化导致的无源互调。该发明使得连接器加工工艺复杂化，同时对施加力矩有限制要求，无法满足连接器无源互调抑制通用需求。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种易于加工和批量化生产、无源互调抑制显著的低无源互调抑制电连接器。

本发明的技术解决方案：一种无源互调抑制同轴连接器，该同轴连接器由阳头和阴头两部分组成，其中阴头包括阴头内导体、阴头外导体，阴头内导体与阴头外导体同轴，阴头内导体与阴头外导体之间填充绝缘介质；阳头包括阳头内导体和阳头外导体，阳头内导体和阳头外导体同轴，阴头内导体与阴头外导体之间填充绝缘介质；阴头内导体中心凹陷；阳头内导体向外凸出；使用时，阴头内导体和阳头内导体凹凸配合连接；阴头内导体的内侧和/或阳头内导体外侧上镀覆有内导体介质层，使得电连接器使用时阳头内导体与阴头内导体之间不存在金属接触。

所述内导体介质层材料为硅、硅类化合物、聚碳酸酯类材料或者聚合物材料。

所述内导体介质层厚度d1满足条件：10nm<d1<0.0001λ_min,其中，λ_min为最小工作波长。

所述内导体介质层的电阻率大于等于10¹⁵Ω· cm。

所述内导体介质层的相对介电常数大于等于9。

所述内导体介质层平整度要求表面起伏小于0.1d1。

所述阴头外导体和/或阳头外导体端部从内至外镀覆有外导体介质层，使得电连接器使用时阴头外导体与阳头外导体之间不存在金属接触。

所述外导体介质层位于阴头外导体和阳头外导体端面之间部分的厚度d2 满足条件：10nm<d2<0.0001λ_min,λ_min为最小工作波长。

所述外导体介质层材料为硅、硅类化合物、聚碳酸酯类材料或者聚合物材料。

所述外导体介质层的电阻率大于等于10¹⁵Ω· cm。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)、本发明通过在连接器内芯金属-金属接触处加载内导体介质层的方法实现无源互调抑制，具有稳定性高、无源互调抑制效果卓越等特点，满足航天器及地面通信系统的低无源互调要求，具有广泛的工程应用前景；

(2)、本发明通过在连接器的外部连接处之间增加外导体介质层，使连接器阴头和阳头之间完全不存在电气连接，进一步提高无源互调抑制能力；

(3)、本发明相对于传统的将机械硬连接转换为弹性连接引起的连接器加工更为简易、成本更低、重量和体积更小；

(4)、本发明避免传统电连接器力矩增大时仍存在的金属-金属接触非线性等技术问题，无源互调抑制效果更为显著；

(5)、本发明内导体介质层和外导体介质层的电阻率大于等于10¹⁵Ω· cm，保证了连接器优良的电性能，满足工程应用需求。

(6)、本发明内导体介质层和外导体介质层的相对介电常数大于等于9，增强内导体阴头与阳头之间的耦合，优化了连接器电性能。

附图说明

图1为传统的一种抑制无源互调的射频连接器结构；

图2为传统的连接器结构示意图；

图3为本发明连接器介质镀层结构示意图；

图4(a)为普通TNC连接器三阶PIM测试结果；

图4(b)为普通TNC连接器五阶PIM测试结果；

图5(a)为采用本发明设计一种低无源互调TNC连接器三阶PIM测试结果；

图5(b)为采用本发明设计一种低无源互调TNC连接器五阶PIM测试结果。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，同轴连接器由阳头和阴头两部分组成，其中阴头包括阴头内导体1、阴头外导体2，阴头内导体1与阴头外导体2同轴，阴头内导体1与阴头外导体2之间填充绝缘介质；阳头包括阳头内导体3和阳头外导体4，阳头内导体3和阳头外导体4同轴，阴头内导体1与阴头外导体2之间填充绝缘介质，所述绝缘介质一般为硅、硅类化合物、聚碳酸酯类材料或者聚合物材料；阴头内导体1中心相对于阴头截面凹陷；阳头内导体3相对于阳头截面向外凸出；使用时，阴头内导体1和阳头内导体3凹凸配合连接，这时，阴头内导体 1和阳头内导体3电气连接，用于传输信号，同时阴头外导体2和阳头外导体 4电气连接，由于阴头内导体1、阳头内导体3、阴头外导体2、阳头外导体4 均由金属或金属镀层构成，两两接触时形成金属-金属接触，而在铝、金、银、铜等常用金属材料表面均会随时间变化的氧化层，进一步构成金属-介质-金属接触，产生非线性，引发无源互调，难以通过滤波等手段消除，对于卫星及地面收发共用通信系统，尤其是大功率工作条件下的通信系统，产生系统底噪增加，有用信号拥堵，系统性能劣化等缺陷，亟需解决。

为了在不影响连接器电性能的前提下从根源上消除金属-金属非线性接触及由此引发的无源互调现象，本发明提供了一种无源互调抑制同轴连接器。如图2所示，该连接器阴头内导体1的内侧或者阳头内导体3外侧上采用磁控溅射方法、化学沉积等方法均匀平整镀覆厚度为d1的内导体介质层5，所述内导体介质层厚度d1满足条件：10nm<d1<0.0001λ_min,其中，λ_min为最小工作波长，其中c为真空中光速3x10⁸m/s，[f₁,f₂]为连接器工作频段，使得电连接器使用时阳头内导体3与阴头内导体1之间不存在金属接触。

所述内导体介质层5的电阻率大于等于10¹⁵Ω· cm，保证了连接器优良的电性能，满足工程应用需求。

所述内导体介质层5的相对介电常数大于等于9，增强内导体阴头与阳头之间的耦合，优化连接器电性能。

进一步地，阴头外导体2和/或阳头外导体4端部从内至外镀覆有外导体介质层，使电连接器使用时阴头外导体2与阳头外导体4之间不存在金属接触。例如，对于直插式或通过波导法兰面连接类型的连接器，在阴头外导体2和/ 或阳头外导体4端部镀覆外导体介质层即可，但考虑到仅仅镀覆在断面的外导体介质层容易脱落，可以在阴头外导体2和/或阳头外导体4端部从内至外都镀覆有外导体介质层；而对于螺纹连接类型的电连接器，则在阴头外导体2和/ 或阳头外导体4端部从内至外都镀覆外导体介质层。

当内导体之间镀覆介质厚度过薄，达到0～5纳米尺度时，会引发隧穿效应，增强非线性，进而提高无源互调电平。当内导体之间镀覆介质厚度过厚，达到毫米尺度时，会引起电性能恶化，无法满足实际应用需要。因此，所述外导体介质层位于阴头外导体2和阳头外导体4端面之间部分6的厚度d2满足条件： 10nm<d2<0.0001λ_min,λ_min为最小工作波长，使得连接器既满足电性能需要，又具备卓越的低无源互调性能。

所述外导体介质层的电阻率也大于等于10¹⁵Ω· cm。

所述外导体介质层的介电常数也大于等于9，增强外导体阴头与阳头之间的耦合，优化连接器电性能。

内导体介质层和外导体介质层材料为硅、硅类化合物、聚碳酸酯类材料或者聚合物材料。

所述均匀性应能保证纳米尺度镀覆均匀，所述内导体介质层平整度要求表面起伏小于0.1d1。所述内导体介质层覆盖在阴头内导体1的内侧或者阳头内导体3外侧上镀覆至少3cm，保证阳头内导体3与阴头内导体1之间不存在金属接触。

实施例：

如图4(a)、图4(b)、图5(a)、图5(b)所示，在相同的测试条件下：输入信号频段为2160MHz～2210MHz，输入信号强度为43dBm，抽取其中一个测点：普通TNC连接器三阶无源互调(PIM)功率为-89dBm；普通TNC连接器五阶无源互调(PIM)功率为-129dBm；采用本发明设计一种低无源互调 TNC连接器三阶无源互调(PIM)为-126dBm；采用本发明设计一种低无源互调TNC连接器五阶无源互调(PIM)为-143dBm。

采用本发明方法TNC连接器与传统TNC连接器3阶和5阶无源互调平均功率如表1所示。

表1采用本发明方法与传统TNC连接器无源互调平均功率对比

测试产品	3阶PIM功率	5阶PIM功率
			采用本发明新型TNC连接器	-125dBm	-142dBm
传统TNC连接器	-90dBm	-130dBm

实验结果证明采用本发明方法成功将无源互调功率降低了超过30dB，展现了卓越的无源互调抑制性能。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种无源互调抑制同轴连接器，其特征在于由阳头和阴头两部分组成，其中阴头包括阴头内导体(1)、阴头外导体(2)，阴头内导体(1)与阴头外导体(2)同轴，阴头内导体(1)与阴头外导体(2)之间填充绝缘介质；阳头包括阳头内导体(3)和阳头外导体(4)，阳头内导体(3)和阳头外导体(4)同轴，阴头内导体(1)与阴头外导体(2)之间填充绝缘介质；阴头内导体(1)中心相对于阴头截面凹陷；阳头内导体(3)相对于阳头截面向外凸出；使用时，阴头内导体(1)和阳头内导体(3)凹凸配合连接；阴头内导体(1)的内侧和/或阳头内导体(3)外侧上均匀平整镀覆厚度为d1的内导体介质层，所述内导体介质层厚度d1满足条件：10nm<d1<0.0001λ_min,其中，λ_min为最小工作波长，其中c为真空中光速3x10⁸m/s，[f₁,f₂]为连接器工作频段，使得电连接器使用时阳头内导体(3)与阴头内导体(1)之间不存在金属接触。

2.根据权利要求1所述的一种无源互调抑制同轴连接器，其特征在于所述内导体介质层的相对介电常数大于等于9。

3.根据权利要求1所述的一种无源互调抑制同轴连接器，其特征在于所述内导体介质层材料为硅、硅类化合物或聚合物材料。

4.根据权利要求1所述的一种无源互调抑制同轴连接器，其特征在于所述内导体介质层的电阻率大于等于10¹⁵Ω· cm。

5.根据权利要求1所述的一种无源互调抑制同轴连接器，其特征在于所述内导体介质层平整度要求表面起伏小于0.1d1。

6.根据权利要求1所述的一种无源互调抑制同轴连接器，其特征在于所述阴头外导体(2)和/或阳头外导体(4)端部从内至外镀覆有外导体介质层，使得电连接器使用时阴头外导体(2)与阳头外导体(4)之间不存在金属接触。

7.根据权利要求6所述的一种无源互调抑制同轴连接器，其特征在于所述外导体介质层位于阴头外导体(2)和阳头外导体(4)端面之间部分(6)的厚度d2满足条件：10nm<d2<0.0001λ_min,λ_min为最小工作波长。

8.根据权利要求6所述的一种无源互调抑制同轴连接器，其特征在于所述外导体介质层材料为硅、硅类化合物或聚合物材料。

9.根据权利要求6所述的一种无源互调抑制同轴连接器，其特征在于所述外导体介质层的电阻率大于等于10¹⁵Ω· cm。