CN110416680A - 一种半同轴微带组合射频传输线结构 - Google Patents

一种半同轴微带组合射频传输线结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半同轴微带组合射频传输线结构，属于射频微波技术领域，包括半同轴和匹配微带。半同轴包括外导体、半环介质和半圆内导体，三者形成统一的安装接触面；匹配微带包括基片，基片上载有中心导带和接地金属层。在工作状态，半同轴压在匹配微带上表面，且中心线对齐，在上、下压力的作用下，半圆内导体和中心导带贴合，组成中心导体，半同轴的外导体为上接地层，电磁波在半环介质和基片组成载体中以TEM模式传输。本发明应用于同轴到微带线(带状线)的射频连接器结构过渡，特别适用于水平压接式射频连接器的设计。

Description

一种半同轴微带组合射频传输线结构
技术领域
本发明属于射频微波技术领域。
背景技术
现有水平安装的射频连接器，同轴线到微带线(带状线)为直接过渡，分界面采用与传输方向垂直的单一界面。由于微带线的中心导带为薄敷铜，结构强度差，同时为了降低传输失配对电性能的影响，同轴的轴线应尽量贴近微带线的中心导带，目前常用的方法是将同轴内芯伸出并适当减削为“探针”，再与中心导带连接。具体实现分为两种：
1)与微带线连接时，参见附图1，“探针”为半圆状，微带线1插入微带连接器2的外导体与“探针”之间，然后将微带连接器2的外导体与微带线1的接地层固定形成连续接地，再将“探针”与微带线1的中心导体焊接，实现射频电磁波传输；
2)与带状线连接时，参见附图2，“探针”为偏平状，带状线3在连接部位须切开一个凹槽，露出中心导带，再将凹槽部分插入带线连接器4的外导体与“探针”之间。为确保连接部位传输线特性阻抗匹配，需要增加金属压块6和介质垫块5，金属压块6将介质垫块5压入凹槽中，并将压力传导到“探针”，使得“探针”与中心导带电接触，同时带状线3的上接地板与带线连接器4的外导体固定形成连续接地，实现射频电磁波传输。专利(CN 206003942 U)给出了一种微带连接结构，采用了上、下腔体、上、下压板、微带线和绝缘子构成，从原理上，绝缘子为同轴传输线，上腔体为同轴外导体兼做压块，上压板为介质垫块。探针未做偏平变化，而是采用铟片增加了圆柱“探针”与微带的接触面积，本质上也属于同轴与带状线的连接结构。文中给出一种同轴-微带-同轴连接的整体解决方案，适用范围窄，并且零件较多，实现成本高。特别是铟片轻薄柔弱，结构上缺少定位，装配操作要求高。
现有设计的缺陷在于：1)采用焊接处理时，“探针”与微带线为刚性连接，若连接器与微带线基板之间在任意方向产生轻微的易位，均有造成“探针”断裂，焊点的脱落或敷铜与基板剥离的风险。2)同轴内芯“探针”单独伸出并做了减削，随着工作频率的升高，“探针”直径变小，结构强度减弱，在装配和拆卸过程中易损坏。专利(CN 206003942 U)虽然“探针”未做减削，采用铟片作为“探针”到微带的过渡，仍然在拆卸时无法避免铟片损坏。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种半同轴微带组合射频传输线结构作为同轴和微带线(带状线)之间的过渡，将连接器变为平行压接安装，增加了连接部分的结构强度，使得装配和拆卸操作简便，提高了使用过程中的可靠性和稳定性。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种半同轴微带组合射频传输线结构，包括半同轴和匹配微带两部分。半同轴为同轴线的结构延伸，包括半圆内导体、半环介质和外导体，三者形成统一的安装接触面；匹配微带包括基片，基片上载有中心导带和接地金属层；
在工作状态下，半同轴压在匹配微带上表面，且中心线对齐，在上、下压力的作用下，半圆内导体和中心导带贴合，组成中心导体，半同轴外导体为接地层，电磁波在半环介质和基片组成载体中以TEM模式传输。
在分离状态，半同轴属于同轴传输线的延伸部分，匹配微带属于微带线或带状线的延伸部分。
半同轴的内径Di和外径Do通过公知的同轴线阻抗计算方法获得，但是Di应明显小于微带基片的厚度H的2倍。
匹配微带通过电磁场仿真软件建立本发明所述的传输线模型，计算出所需特性阻抗的中心导带宽度，但是该宽度应明显小于同轴线外径Do。
半环介质和微带基片的介电常数应当相近，减小电磁波在不同介质之间穿越产生的反射。
在工作状态下，半同轴允许沿安装接触面有符合常规的装配公差和使用状态下的轻微易位，对传输性能影响小。
进一步地，半圆内导体在半环介质或微带基片刚性较低时，为确保与匹配微带充分接触，应当使其在径向的尺寸略高出半环介质。半同轴的外导体，为确保与带状线接上地层形成连续接地，应当做适当的延伸。
进一步地，半同轴微带组合射频传输线转换到带状线时，为确保连接器外导体与上、下接地金属层形成连续接地，应额外增加尺寸匹配的金属压块。
本发明与现有技术方法相比，其有益效果是：
1、本发明提供了同轴线到微带线(带状线)过渡结构，增加了现有连接器连接过渡的结构强度；
2、半同轴和匹配微带允许沿安装接触面有一定程度的易位，对电性能影响小，可靠性和稳定性大大提高；
3、结构简单，装配和拆卸操作难度低，易于批量加工实现；
4、本发明的应用于水平压接式射频连接器的设计，使得同轴线到微带线(带状线)的连接方式变得可靠、稳定。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为现有同轴线与微带线的连接方案示意图。
图2为现有同轴线与带状线的连接方案示意图。
图3为本发明的横截面结构示意图。
图4为本发明为计算半同轴微带组合传输线特性阻抗，在电磁场仿真软件建立的模型。
图5为本发明提供的传输线横截面上的电场分布仿真示意图。
图6为本发明在同轴线到微带线的水平压接式射频连接器应用方案示例。
图7为本发明在同轴线到带状线的水平压接式射频连接器应用方案示例。
图8为实施本发明时按结构和电参数在电磁场仿真软件(HFSS)建立的模型。
图9为以图8为仿真模型，对同轴线及半同轴线在安装接触面上，分别沿X、Y方向施加位移，并进行电磁仿真，输入端口的驻波(VSWR)仿真结果。
图10为以图8为仿真模型，对同轴线及半同轴线在安装接触面上，分别沿X、Y方向施加位移，并进行电磁仿真，传输损耗(Loss)仿真结果。
具体实施方式
下面结合附图通过实施例对本发明做进一步的描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施实例1：参见图6，本示例提供一种安装到微带线的水平压接射频连接器设计方案，包括待安装的微带线1、微带压接连接器17和金属压块6共三部分。所述微带压接连接器17的同轴内径为1mm，同轴介质的为聚四氟乙烯，介电常数2.08，计算特性阻抗为50欧姆时的外径为3.3mm。沿水平方向过轴心将同导体、介质和外导体的一半伸出5mm，获得半同轴7。所述微带线1的基片厚度为1mm，介电常数2.55，计算特性阻抗为50欧姆对应的微带线宽度为2.8mm。匹配微带8位于微带线1的末端，长度与半同轴7相同。由上述已确定的尺寸，在电磁场仿真软件中建立半同轴微带组合传输线模型(见图4)，按特性阻抗50欧姆计算，确定的匹配微带8的中心导带线宽度为1.24mm，长度与半同轴长度相同(5mm)。装配时，匹配微带8与半同轴7中心对齐并贴合，微带压接连接器17的外导体压在微带线1的基片上。微带线1、微带压接连接器17和金属压块6均有紧固件安装孔，在紧固件的压力下，金属压块6使得半圆内导体与中心导带紧密电接触；同时金属压块6的几何尺寸正好使得微带线1接地层与连接器3外导体形成连续接地，同轴介质和基板组成电磁波载体，获得完整的射频传输线。
实施实例2：在实例1的基础上变化获得，参阅图7。带状线3的介质由两块基片胶合后形成，总厚度为2.1mm，介电常数2.55，计算特性阻抗为50欧姆对应的中心导带宽度为1.46mm。在末端开出一个5mm×5mm的凹槽，露出中心导带，对应基片厚度为1mm，由实例1已知特性阻抗50欧姆时确定的匹配微带8的中心导带线宽度为1.24mm。将带状压接连接器22的半同轴7部分减削出一个5mm×5mm的台阶，高度为1.1mm，台阶以下部分的外导体向外延伸2mm。装配时，在金属压块6的作用下，下接地层与带状压接连接器22的外导体及延伸部分形成连续接地面，半圆内导体与中心导带贴合，金属压块6将带状线3的上接地层与连接器3的外导体形成连续接地面，同轴介质和基板组成电磁波载体，获得完整的射频传输线。
在实例2中，按结构和电参数在电磁场仿真软件(HFSS)建立的模型，如图8所示，对同轴线及半同轴线在在安装接触面上，分别沿X和Y方向依次施加0.1～0.2mm的位移，位移产生的空隙采用空气填充，仿真计算4种状态的电性能，图9给出输入端口的驻波(VSWR)仿真结果，图10给出传输损耗(Loss)仿真结果。

Claims (4)

1.一种半同轴微带组合射频传输线结构，其特征在于：包括半同轴(7)和匹配微带(8)两部分；
半同轴(7)为同轴传输线沿径向切除一半获得，包括半圆内导体(9)、半环介质(10)和外导体(11)，三者形成统一的安装接触面(15)；
匹配微带(8)包括基片(13)，基片(13)上载有中心导带(12)和接地金属层(14)；
在工作状态，半同轴(7)压在匹配微带(8)上表面，且中心线对齐，在上、下压力的作用下，半圆内导体(9)和中心导带(12)贴合，组成中心导体，半同轴(7)外导体(11)为接地层，电磁波在由半环介质(10)和基片(13)组成载体中以TEM模式传输；
在分离状态，半同轴(7)属于同轴传输线的延伸部分，匹配微带(8)属于微带线或带状线的延伸部分。
2.根据权利要求1所述的一种半同轴微带组合射频传输线结构，其特征在于：在工作状态，半同轴(7)和匹配微带(8)允许沿安装接触面(15)有符合常规的装配公差和使用状态下的轻微易位，对传输性能影响小。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种半同轴微带组合射频传输线结构，其特征在于：所述半环介质(10)和匹配微带(8)的基片(13)，两者介电常数相近，减小电磁波在不同介质之间穿越产生的反射。
4.根据权利要求3所述的一种半同轴微带组合射频传输线结构，其特征在于：应用于水平压接式射频连接器中同轴线到微带线的过渡结构。
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