CN109713533A - 一种同轴微波开关用v波段同轴连接器及其绝缘支撑体 - Google Patents

一种同轴微波开关用v波段同轴连接器及其绝缘支撑体 Download PDF

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毛泽伟
张庆鑫
范德楷
孙韬景
崔倩
田亚伟
郑国龙
苌群峰
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Abstract

一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体，涉及射频连接器技术领域；包括外导体、内导体及绝缘支撑体；绝缘支撑体套装在内导体的外壁；内导体沿轴向伸入外导体内部；且绝缘支撑体的外壁与外导体的内壁接触；所述的内导体包括内部接触段、内部过渡段、绝缘支撑体安装段和外部连接段；内部接触段、内部过渡段、绝缘支撑体安装段和外部连接段沿轴向依次连接；内导体的外部连接段一端伸入外导体内部；绝缘支撑体套装在绝缘支撑体安装段的外壁；本发明解决了传统同轴连接器及其绝缘支撑体导致的V波段下微波传输线阻抗不连续现象，有效改善了同轴微波开关的电压驻波比、插入损耗等性能。

Description

一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体
技术领域
本发明涉及一种射频连接器技术领域，特别是一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体。
背景技术
同轴微波开关是一种航天器有效载荷上的基本产品，它的主要功能是进行通道状态切换，使用较多的是将失效的微波接收机、功率放大器等重要设备切换到备份设备上，它的使用能极大地提高整星的可靠性，是星载有效载荷设备中重要的微波产品之一。微波开关广泛用于卫星、飞船等各种空间航天器的有效载荷上。微波开关作为微波信道的一个基本产品，是各类卫星微波信道无法替代的产品。并且在雷达、通讯、测试设备、仪器、航空、军事装备等领域也有着广泛的应用市场。
当前同轴微波开关最高工作频段到40GHz。由于低频段资源日益拥挤，微波通信技术的主要方向是向高频段发展，特别是在远程导弹或航天器重返大气层时，需采用可穿透等离子体的毫米波实现通信和制导，由于大气衰减的影响，V波段非常适用于星间的通信。在卫星通信领域，V波段微波开关将有比较大的需求和应用背景。采用传统同轴连接器及其绝缘支撑体方案的同轴微波开关在V波段下对传输线阻抗的不连续十分敏感，难以实现V波段低驻波、低损耗的微波传输性能要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体，解决了传统同轴连接器及其绝缘支撑体导致的V波段下微波传输线阻抗不连续现象，有效改善了同轴微波开关的电压驻波比、插入损耗等性能。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体，包括外导体、内导体及绝缘支撑体；其中，外导体为中空柱状结构；内导体为柱形杆状结构；绝缘支撑体为柱形环状结构；绝缘支撑体套装在内导体的外壁；内导体沿轴向伸入外导体内部；且绝缘支撑体的外壁与外导体的内壁接触。
在上述的一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体，所述的内导体包括内部接触段、内部过渡段、绝缘支撑体安装段和外部连接段；内部接触段、内部过渡段、绝缘支撑体安装段和外部连接段沿轴向依次连接；内导体的外部连接段一端伸入外导体内部；绝缘支撑体套装在绝缘支撑体安装段的外壁。
在上述的一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体，所述内部接触段的直径小于内部过渡段的直径；内部接触段的长度大于内部过渡段的长度；绝缘支撑体安装段的直接小于内部过渡段的直径；且小于绝缘支撑体安装段的直接小于外部连接段的直径；实现绝缘支撑体卡在内部过渡段和外部连接段之间。
在上述的一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体，所述外导体采用硬铝材料。
在上述的一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体，所述内导体采用铍青铜材料。
在上述的一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体，所述绝缘支撑体采用聚酰亚胺材料。
在上述的一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体，所述绝缘支撑体的轴向两个端面上各设置有2个扇形槽；轴向同一端面上的2个扇形槽呈180°对称分布；轴向不同端面上的2个扇形槽呈90°分布。
在上述的一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体，设绝缘支撑体的外壁直径为2x；则绝缘支撑体直径2x满足：
式中，ε为有效固体介电常数；
ε0为有效空气介电常数；
f0为中心频率；
fc为截止频率；
f为最高工作频率；
λgε为介质的波导波长。
在上述的一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体，设定绝缘支撑体扇形槽的体积为Vi；则绝缘支撑体扇形槽体积Vi满足：
式中，εX为有效固体介电常数；
Vt为绝缘支撑体的总体积；
εr为材料的介电常数。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明中的绝缘支撑体设置了四组扇形槽，既可以实现V波段同轴微波传输线的阻抗匹配，又具有较高的机械强度；
(2)本发明内导体包括内部接触段、内部过渡段、绝缘支撑体安装段、外部连接段，通过设置内导体内部接触段和内部过渡段的直径和长度，可以实现V波段同轴微波传输线阻抗的精密补偿；
(3)采用本发明中同轴连接器及其绝缘支撑体方案的同轴微波开关可以在V波段下实现低驻波、低损耗的微波传输性能要求，可以使同轴微波开关的应用频段高于目前国内同轴微波开关最高频段Ka频段；
附图说明
图1为本发明连接器和绝缘支撑体整体示意图；
图2为本发明连接器和绝缘支撑体爆炸图；
图3为本发明连接器和绝缘支撑体剖视图；
图4为本发明轴向两端扇形槽示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明提供了一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体，利用其电磁和机械原理，解决了传统同轴连接器及其绝缘支撑体导致的V波段下微波传输线阻抗不连续现象，有效改善了同轴微波开关的电压驻波比、插入损耗等性能。
如图1所示为连接器和绝缘支撑体整体示意图，如图2所示为连接器和绝缘支撑体爆炸图，由图可知，一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体，包括外导体1、内导体2及绝缘支撑体3；其中，外导体1为中空柱状结构；内导体2为柱形杆状结构；绝缘支撑体3为柱形环状结构；绝缘支撑体3套装在内导体2的外壁；内导体2沿轴向伸入外导体1内部；且绝缘支撑体3的外壁与外导体1的内壁接触。外导体1采用硬铝材料。内导体2采用铍青铜材料。绝缘支撑体3采用聚酰亚胺材料。
如图3所示为连接器和绝缘支撑体剖视图，由图可知，内导体2包括内部接触段21、内部过渡段22、绝缘支撑体安装段23和外部连接段24；内部接触段21、内部过渡段22、绝缘支撑体安装段23和外部连接段24沿轴向依次连接；内导体2的外部连接段24一端伸入外导体1内部；绝缘支撑体3套装在绝缘支撑体安装段23的外壁。
其中，内部接触段21的直径小于内部过渡段22的直径；内部接触段21的长度大于内部过渡段22的长度；绝缘支撑体安装段23的直接小于内部过渡段22的直径；且小于绝缘支撑体安装段23的直接小于外部连接段24的直径；实现绝缘支撑体3卡在内部过渡段22和外部连接段24之间。通过设置内导体内部接触段21和内部过渡段22的直径和长度，可以实现V波段同轴微波传输线阻抗的精密补偿；
如图4所示为轴向两端扇形槽示意图，由图可知，绝缘支撑体3的轴向两个端面上各设置有2个扇形槽31；轴向同一端面上的2个扇形槽31呈180°对称分布；轴向不同端面上的2个扇形槽31呈90°分布。既可以实现V波段同轴微波传输线的阻抗匹配，又具有较高的机械强度。
设绝缘支撑体3的外壁直径为2x；则绝缘支撑体3直径2x满足：
式中，ε为有效固体介电常数；
ε0为有效空气介电常数；
f0为中心频率；
fc为截止频率；
f为最高工作频率；
λgε为介质的波导波长。
设定绝缘支撑体扇形槽31的体积为Vi；则绝缘支撑体扇形槽31体积Vi满足：
式中，εX为有效固体介电常数；
Vt为绝缘支撑体3的总体积；
εr为材料的介电常数。
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 (9)

1.一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体，其特征在于：包括外导体(1)、内导体(2)及绝缘支撑体(3)；其中，外导体(1)为中空柱状结构；内导体(2)为柱形杆状结构；绝缘支撑体(3)为柱形环状结构；绝缘支撑体(3)套装在内导体(2)的外壁；内导体(2)沿轴向伸入外导体(1)内部；且绝缘支撑体(3)的外壁与外导体(1)的内壁接触。
2.根据权利要求1所述的一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体，其特征在于：所述的内导体(2)包括内部接触段(21)、内部过渡段(22)、绝缘支撑体安装段(23)和外部连接段(24)；内部接触段(21)、内部过渡段(22)、绝缘支撑体安装段(23)和外部连接段(24)沿轴向依次连接；内导体(2)的外部连接段(24)一端伸入外导体(1)内部；绝缘支撑体(3)套装在绝缘支撑体安装段(23)的外壁。
3.根据权利要求2所述的一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体，其特征在于：所述内部接触段(21)的直径小于内部过渡段(22)的直径；内部接触段(21)的长度大于内部过渡段(22)的长度；绝缘支撑体安装段(23)的直接小于内部过渡段(22)的直径；且小于绝缘支撑体安装段(23)的直接小于外部连接段(24)的直径；实现绝缘支撑体(3)卡在内部过渡段(22)和外部连接段(24)之间。
4.根据权利要求3所述的一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体，其特征在于：所述外导体(1)采用硬铝材料。
5.根据权利要求4所述的一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体，其特征在于：所述内导体(2)采用铍青铜材料。
6.根据权利要求5所述的一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体，其特征在于：所述绝缘支撑体(3)采用聚酰亚胺材料。
7.根据权利要求6所述的一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体，其特征在于：所述绝缘支撑体(3)的轴向两个端面上各设置有2个扇形槽(31)；轴向同一端面上的2个扇形槽(31)呈180°对称分布；轴向不同端面上的2个扇形槽(31)呈90°分布。
8.根据权利要求7所述的一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体，其特征在于：设绝缘支撑体(3)的外壁直径为2x；则绝缘支撑体(3)直径2x满足：
式中，ε为有效固体介电常数；
ε0为有效空气介电常数；
f0为中心频率；
fc为截止频率；
f为最高工作频率；
λgε为介质的波导波长。
9.根据权利要求8所述的一种同轴微波开关用V波段同轴连接器及其绝缘支撑体，其特征在于：设定绝缘支撑体扇形槽(31)的体积为Vi；则绝缘支撑体扇形槽(31)体积Vi满足：
式中，εX为有效固体介电常数；
Vt为绝缘支撑体(3)的总体积；
εr为材料的介电常数。
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