CN113612080B - 一种低无源互调干扰的法兰连接器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低无源互调干扰的法兰连接器，在法兰连接器的金属连接表面嵌入一连接应力环和一信号传输环，其中，连接应力环的作用与垫圈相似，主要用于承受法兰连接器的连接应力；同时，由于本发明特别设计有信号传输环，使得法兰连接器的受力部分和信号传输部分发生分离，由于信号传输环进行开槽处理并在其外围预留微小缝隙，当法兰连接器形成连接体时，被连接体的连接交界面首先与信号传输环相连，在连接应力作用下，信号传输环能够发生弹性形变，向外弯曲，而使连接应力环成为主要的连接压力承受体，这样既能够保证法兰连接器有较高的连接可靠性，又能够在过扭力或者多次重复连接情况下不发生塑性形变，很好地保证了连接稳定性，对法兰连接器的无源互调干扰改善作用明显。

Description

一种低无源互调干扰的法兰连接器

技术领域

本发明属于电磁兼容与非线性器件谐波干扰抑制技术领域，更为具体地讲，涉及一种低无源互调干扰的法兰连接器。

背景技术

法兰连接器，例如：波导法兰和同轴连接器法兰，已经被广泛用于微波电路或通信系统中，它是产生无源互调干扰的主要原因之一。根据目前的研究成果，其无源互调干扰产生原因主要有三个：①、金属连接表面电镀铁磁材料；②、金属连接表面的氧化、腐蚀与污染现象；③、不良电连接。前两者可以通过合适的金属选材或者电镀进行抑制，但是不良电连接往往难以彻底解决。

由于法兰连接器通常具有较大的法兰连接表面，在实际应用中，制造误差、接触表面的轻微变形或者法兰面连接扭力的不充分，都会使其发生不良电连接。工程中，为避免此类不良电连接，通常在传统法兰连接器的金属连接表面增加设计一个金属垫圈环，此种方式虽然可以改善不良电连接情况，但是由于以下两方面原因，使其难以适用于连接扭力过大或者需要重复地连接和去连接情形下。

①金属垫圈环为主要的连接应力承受体。由于金属连接表面远大于金属垫圈环表面积，因此，当两法兰连接器形成连接结时，金属连接表面上的金属垫圈环为主要连接应力承受体，这样极易造成法兰连接器表面发生永久不可恢复的塑性形变。

②金属垫圈环为法兰连接器信号传输的外导体。法兰连接器表面的金属垫圈环设计，除了承担主要连接应力之外，还作为信号传输器件的外导体，进行信号传输，那么当发生塑性形变时，会显著恶化连接性能，导致无源互调干扰。

综上所述，法兰连接器的金属垫圈环设计虽然可以提高连接的可靠性，但是，在需要频繁地连接和去连接或者存在过连接扭力情况下，金属垫圈设计易导致塑性形变，因此，在多次的重复使用之后，可能比传统的无垫圈设计的法兰连接器件具有更严重的无源互调干扰。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种低无源互调干扰的法兰连接器，以显著地提高连接可靠性，避免法兰连接器的不良电连接，同时，使法兰连接器具备较高的连接稳定性，在过扭力或者多次重复连接与去连接情况下，法兰连接器仍能维持较低的无源互调干扰水平。

为实现上述目的，本发明低无源互调干扰的法兰连接器，其特征在于，在法兰连接器的金属连接表面嵌入一连接应力环和一信号传输环；

信号传输环圈套在法兰连接器的绝缘体外侧，连接应力环圈套在信号传输环圈套的外侧，且信号传输环圈高度大于连接应力环圈的高度，信号传输环的外侧、高于连接应力环圈部分与被连接体之间存在微小缝隙，信号传输环的上部(高于连接应力环圈部分)经过开槽处理，当外部连接应力施加到信号传输环时，信号传输环将向外弯曲使连接应力环变为主要的应力承受体。

本发明的目的是这样实现的。

本发明低无源互调干扰的法兰连接器，在法兰连接器的金属连接表面嵌入一连接应力环和一信号传输环，其中，连接应力环的作用与垫圈相似，主要用于承受法兰连接器的连接应力；同时，由于本发明特别设计有信号传输环，使得法兰连接器的受力部分和信号传输部分发生分离，由于信号传输环进行开槽处理并在其外围预留微小缝隙，当法兰连接器形成连接体时，被连接体的连接交界面首先与信号传输环相连，在连接应力作用下，信号传输环能够发生弹性形变，向外弯曲，而使连接应力环成为主要的连接压力承受体，这样既能够保证法兰连接器有较高的连接可靠性，又能够在过扭力或者多次重复连接情况下不发生塑性形变，很好地保证了连接稳定性，对法兰连接器的无源互调干扰改善作用明显。

附图说明

图1是传统N型同轴法兰连接器及其不良电接触示意图，其中，(a)为立体图，(b)为剖面图；

图2是本发明与垫圈设计N型同轴法兰连接器二维对照图，其中，(a)为垫圈设计N型同轴法兰连接器，(b)为应用本发明的N型同轴法兰连接器；

图3是本发明与N型垫圈设计同轴法兰连接器三维对照图，其中，(a)为垫圈设计N型同轴法兰连接器(即所示金属垫圈环加载到右侧的N型同轴法兰连接器金属连接表面)，(b)为应用本发明的N型同轴法兰连接器(即所示一体的连接应力环和信号传输环加载到右侧的N型同轴法兰连接器金属连接表面)；

图4是测试结果对照图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

图1是传统N型同轴法兰连接器及其不良电接触示意图。

如图1为微波电路和无线系统中广泛使用的传统N型法兰连接器及其不良电连接示意图。如图1(a)所示，法兰连接器的金属连接表面的边长为25.4mm，绝缘体的直径为9mm，因此金属连接表面大于绝缘体面积近似10倍，使其极易发生不良金属电连接。如图1(b)所示，由于法兰连接器的金属连接表面的轻微变形，在金属连接表面的内环处出现了非接触的缝隙；同时，金属连接表面的内环又是此N型同轴法兰连接器的外导体，因此非接触的缝隙会恶化传输电信号的完整性，导致无源互调干扰。

如图2(a)和图3(a)所示，工业界通常在法兰连接器的内环处设计一金属垫圈环，此种方式较好地解决了传统N型法兰连接器的不良电连接问题，但是由于金属垫圈环为主要的连接应力承受部件，在过连接扭力或者需要多次重复连接、去连接情况下，容易造成被连接体的金属垫圈环对应位置处发生塑性形变，其无源互调干扰水平可能比图1所示的传统N型同轴法兰连接器更高。

在本实施例中，法兰连接器为N型同轴法兰连接器。如图2(b)和图3(b)所示，本发明在传统N型法兰同轴连接器的基础上增加一个连接应力环和一个信号传输环。连接应力环的尺寸和金属垫圈环一样，都是设计为长度d、高度h，信号传输环嵌入在连接应力环和N型法兰连接器的绝缘体之间，如图2(b)和图3(b)所示：信号传输环的高度为l、宽度为w，信号传输环圈高度大于连接应力环圈的高度，信号传输环的外侧、高于连接应力环圈部分(l-h)与被连接体之间存在微小缝隙其与被连接体之间存在微小缝隙，信号传输环的上部(高于连接应力环圈部分(l-h))经过开槽处理，当外部连接应力施加到信号传输环时，信号传输环将向外弯曲使连接应力环变为主要的应力承受体。具体而言：

当法兰连接器形成连接体时，被连接体的连接交界面首先与信号传输环相连，在连接应力作用下，信号传输环发生弹性形变，向外弯曲，而使连接应力环成为主要的连接压力承受体。这样既保证较高的连接可靠性，又避免塑性形变的发生，可以很好地克服不良电连接的无源互调干扰问题。

连接应力环的作用与背景技术中所述的金属垫圈类似，主要用于承接连接应力，其尺寸和制作材料也与金属垫圈环类似。由于连接应力环是主要的受力器件，通常需要进行热处理以提高其硬度，对于常规应用环境的法兰连接器，其硬度范围一般为在28HRC至32HRC之间；为提高连接应力环的抗腐蚀与耐磨性，需要在连接应力环的表面电镀一层金属镍。

信号传输环的主要作用是保证高质量的电信号传输，对导电性要求高，因此一般对信号传输环进行电镀金、银等导电性良好贵金属处理，以提高其导电性。其次，由于高频趋肤效应，要求信号传输环的厚度至少应该大于趋肤深度。再者，为保证信号传输环较易在弹性形变的前提下发生弯曲，因此对信号传输环进行开槽处理并在其外围预留微小缝隙，当连接压力施加到信号传输环时，它能够且仅在弹性形变的条件下发生弯曲，使连接应力环成为法兰连接器主要的受力部件，信号传输环仅负责高质量信号传输。

在具体实施过程中，连接应力环与信号传输环为一体设计，只是两个部分的处理工艺不同。

至此，本发明低无源互调干扰的法兰连接器可以通过在传统的法兰连接器的交界面设计一连接应力环和一信号传输环。连接应力环的作用与垫圈相似，主要用于承受法兰连接器的连接应力；同时，由于独特的信号传输环设计，使得法兰连接器的受力部分和信号传输部分发生分离，这样既能够保证法兰连接器有较高的连接可靠性，又能够在过扭力或者多次重复连接情况下不发生塑性形变，很好地保证了连接稳定性，对法兰连接器件的无源互调干扰改善作用明显。

测试例

为更好地理解本发明，下面将进行一组对比实验。一个N型金属垫圈环同轴法兰连接器，其垫圈长度d＝1.2mm、厚度h＝0.2mm，表面电镀一层厚度为1.25μm的三元金属合金(55％铜、30％锡、15％锌)。一个应用本发明设计的N型同轴连接器，其连接应力环的长度d＝1.2mm、厚度h＝0.2mm，表面电镀一层厚度为1.25μm的金属镍；其信号传输环的高度l＝0.3mm、宽度w＝0.15mm，表面电镀一层厚度为1.25μm的三元合金。

由于金属镍的耐磨性、抗腐蚀和抗氧化性较好，所以用来电镀连接应力环，但是金属镍为非线性铁磁材料，会导致无源互调干扰，所以不能用来电镀金属垫圈和信号传输环。上述两个不同设计方法的N型同轴法兰连接器的两组测试结果如图4所示。分析测试结果可以知：金属垫圈环设计法兰同轴连接器和应用本发明设计的法兰同轴连接器，其无源互调干扰几乎处理同一水平；但是当重复连接与去连接20次之后，应用本发明设计的法兰连接器，其互调干扰仍能维持较稳定水平，但是金属垫圈环设计法兰同轴连接器的互调干扰水平增加了3-5dBm。

测试说明，本发明不但能够有效地避免法兰连接器的不良金属电接触问题，还能够在过扭力或者多次重复连接的条件下维持较低的无源互调干扰水平。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (3)

1.一种低无源互调干扰的法兰连接器，其特征在于，在法兰连接器的金属连接表面嵌入一连接应力环和一信号传输环；

信号传输环圈套在法兰连接器的绝缘体外侧，连接应力环圈套在信号传输环圈套的外侧，且信号传输环圈高度大于连接应力环圈的高度，信号传输环的外侧、高于连接应力环圈部分与被连接体之间存在微小缝隙，信号传输环的上部高于连接应力环圈部分经过开槽处理，当外部连接应力施加到信号传输环时，信号传输环将向外弯曲使连接应力环变为主要的应力承受体。

2.根据权利要求1所述的低无源互调干扰的法兰连接器，其特征在于，在连接应力环的表面电镀一层金属镍。

3.根据权利要求1所述的低无源互调干扰的法兰连接器，其特征在于，连接应力环的长度d＝1.2mm、厚度h＝0.2mm，表面电镀一层厚度为1.25μm的金属镍，信号传输环的高度l＝0.3mm、宽度w＝0.15mm，表面电镀一层厚度为1.25μm的三元金属合金，其中55％铜、30％锡、15％锌。