CN116565601A - 大功率电连接器插孔及大功率电连接器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率电连接器插孔，插孔中指状接触片包括倒角，收口段和非收口段，收口段用于与插针接触；收口段经热处理形成，热处理前收口段的内表面与插孔轴线呈预置角其中，指状接触片的长度为L1，指状接触片中收口段长度为L，D1为未设指状接触片处的插孔内壁直径，D2为插针的直径，R为倒角半径。本发明插孔能够有效提高针孔接触面积，降低单位接触面的过电流密度，提高了使用的安全性。本发明还公开了大功率射频连接器，K型连接器锥台绝缘介质与J型连接器锥孔绝缘介质配合面为锥形面，同时插针插入插孔，本发明锥形介质接触界面使二次电子倍增的积累效应降低，提高了产品的抗微放电能力。

Description

大功率电连接器插孔及大功率电连接器

技术领域

本发明涉及一种大功率电连接器插孔指状接触片的设计及一种大功率电连接器，属于大功率同轴电子元器件领域。

背景技术

航天器大功率射频产品在地面真空试验过程中要承受超过正常工作量级的射频功率。在一次实验过程中发生了射频连接器对插界面烧毁的现象，经分析定位，认为是传输电流过大引起的故障。

目前国军标及各行业标准中，对微带线，带状线等产品的过电流能力有设计要求及裕度要求，对射频连接器中的过电流能力缺少设计约束。

现有的射频连接器在插针(J型接头)与插孔(K型接头)插合以后，插针和插孔的有效接触面，理论设计上均为环周的线接触方式，实际产品中为较小的环带面接触或弧线接触。在传统的中小功率传输中，这一设计状态不会引起明显的性能异常，在大功率或超大功率状态下，该设计即呈现出设计余量不足的问题。

现有技术中，Zhang Yong-hua等人2005年发表在High Power Laser andParticle Beams(vol.17,no.2p.233-6)期刊上的“Elementary analysis on breakdownphenomenon of coaxial-cable and connector”文章介绍了同轴电缆和连接器的高功率微波击穿试验方法，未对大功率同轴电缆组件进行改进或优化；北京长峰广播通讯设备有限责任公司的“一种高压大功率同轴电缆连接器”发明，将接头座上设置接头孔，通过螺钉将螺母和压块一起固定在接头座上，用于解决高压大功率同轴电缆的连接难题；成都普天电缆股份有限公司的“一种柔性大功率同轴电缆”发明，通过将内导体设置为由若干根铜线缠绕而成的结构节约材料并通过设置空心管实现对电缆进行风冷或水冷散热；中国电子科技集团公司第四十研究所的“一种接电缆用的大功率射频同轴连接器”发明，在连接器内设有第二绝缘支撑，实现内外导体的隔离，提高射频同轴连接器的耐电压击穿能力。以上发明对大功率同轴电缆进行了优化改进，但均未考虑大功率同轴连接系统局部电流密度过大引起的烧毁问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种大功率电连接器插孔，包含插孔内壁，片间凹槽，以及指状接触片；各片间凹槽沿电连接器插孔内壁周向均匀分布，每个片间凹槽由插孔口向插口内部延伸；各片间凹槽之间形成＞1个指状接触片，连接器插孔的长度大于每个指状接触片的长度；指状接触片沿由插孔口向插口内部的方向依次包括倒角，收口段和非收口段，所述收口段用于与插针接触；收口段经热处理形成，热处理前收口段的内表面与插孔轴线呈预置角θ：

其中，指状接触片的长度为L1，指状接触片中收口段的长度为L，D1为未设指状接触片处的插孔内壁直径，D2为插针的直径，R为倒角半径。本发明大功率电连接器插孔对现有射频连接器插孔结构进行了创新性的改进，能够有效提高射频连接器插针和插孔插合后的接触面积，大大降低了单位接触面的过电流密度，提高了使用的安全性。

本发明还提供一种大功率射频连接器，包括J型射频连接器和K型射频连接器；J型射频连接器包括J型射频连接器壳体，锥孔绝缘介质和插针；锥孔绝缘介质安装于J型射频连接器壳体内部，锥孔绝缘介质设有锥孔，插针一端位于所述锥孔中，插针另一端连接外部电缆内导体或微带结构；K型射频连接器包括K型射频连接器壳体，锥台绝缘介质和插孔；锥台绝缘介质安装于K型射频连接器壳体内部，锥台绝缘介质为锥台结构，插孔设于锥台绝缘介质中且与锥台绝缘介质同轴，插孔连接外部电缆内导体或微带结构；J型射频连接器与K型射频连接器对插时，K型射频连接器的锥台绝缘介质与J型射频连接器的锥孔绝缘介质嵌套配合，锥台绝缘介质与锥孔绝缘介质的配合面为与射频连接器同轴的锥形面，同时J型射频连接器的插针插入K型射频连接器的插孔。本发明解决了传统阶梯接触界面连接器在功率传输方向上存在平行于电场方向的接触间隙状态的缺陷，提出锥形介质接触界面，使得二次电子倍增的积累效应明显降低，大幅提高了产品的抗微放电能力，同时有利于接头插合后残余气体溢出，有利于提高抗低气压放电的能力。本发明将射频连接器在4GHz以下的抗微放电能力提高到万瓦级。

为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

一种大功率电连接器插孔，包含插孔内壁，片间凹槽，以及指状接触片；

各片间凹槽沿电连接器插孔内壁周向均匀分布，每个片间凹槽由插孔口向插口内部延伸；各片间凹槽之间形成＞1个指状接触片，连接器插孔的长度大于每个指状接触片的长度；

指状接触片沿由插孔口向插口内部的方向依次包括倒角，收口段和非收口段，所述收口段用于与插针接触；

收口段经热处理形成，热处理前收口段的内表面与插孔轴线呈预置角θ：

其中，指状接触片的长度为L1，指状接触片中收口段的长度为L，D1为未设指状接触片处的插孔内壁直径，D2为插针的直径，R为倒角半径。

进一步的，上述插孔中，指状接触片中收口结构的长度L根据电连接器所需通过功率确定，且L与电连接器所需通过功率大小正相关。

进一步的，上述插孔中，经热处理形成的指状接触片的收口段的内表面与插孔轴线平行。

进一步的，上述插孔中，每个片间凹槽由插孔口向插口内部延伸的方向与插孔轴线平行；

热处理前收口段的内表面相对于插孔轴线为斜面，所述斜面的倾斜方向远离插孔轴线方向。

一种大功率电连接器，包含上述一种大功率电连接器插孔。

进一步的，上述一种大功率电连接器，包括J型射频连接器和K型射频连接器；

J型射频连接器包括J型射频连接器壳体，锥孔绝缘介质和插针；锥孔绝缘介质安装于J型射频连接器壳体内部，锥孔绝缘介质设有锥孔，插针一端位于所述锥孔中，插针另一端连接外部电缆内导体或微带结构；

K型射频连接器包括K型射频连接器壳体，锥台绝缘介质和插孔；锥台绝缘介质安装于K型射频连接器壳体内部，锥台绝缘介质为锥台结构，插孔设于锥台绝缘介质中且与锥台绝缘介质同轴，插孔连接外部电缆内导体或微带结构；

J型射频连接器与K型射频连接器对插时，K型射频连接器的锥台绝缘介质与J型射频连接器的锥孔绝缘介质嵌套配合，锥台绝缘介质与锥孔绝缘介质的配合面为与射频连接器同轴的锥形面，同时J型射频连接器的插针插入K型射频连接器的插孔，所述插针与插孔的接触面为环带面。

进一步的，上述一种大功率电连接器，K型射频连接器中的锥台绝缘介质外壁相对于锥台绝缘介质轴线的角度连续变化。

进一步的，上述一种大功率电连接器，J型射频连接器中的锥孔绝缘介质和K型射频连接器中的锥台绝缘介质采用同种材料，所述锥孔绝缘介质和锥台绝缘介质所用材料为聚四氟乙烯或聚醚醚酮。

进一步的，上述一种大功率电连接器，J型射频连接器中插针的直径为3～5mm，K型射频连接器中指状接触片收口段与插针间隙配合；

锥孔绝缘介质中锥孔的大端直径为10～18mm，锥孔绝缘介质中锥孔的小端直径为6.5～10mm；锥台绝缘介质的大端直径与所述锥孔的大端直径相等，锥台绝缘介质的小端直径与所述锥孔的小端直径相等。

进一步的，上述一种大功率电连接器，J型射频连接器壳体内壁设有第一定位凸台，J型射频连接器中的锥孔绝缘介质外壁与第一定位凸台配合，实现锥孔绝缘介质在J型射频连接器壳体内部的定位；

K型射频连接器壳体内壁设有第二定位凸台，K型射频连接器中的锥台绝缘介质外壁与第二定位凸台配合，实现锥台绝缘介质在K型射频连接器壳体内部的定位；

J型射频连接器还包括连接器紧固螺套；连接器紧固螺套设于J型射频连接器壳体外部，用于实现J型射频连接器与K型射频连接器对插时的紧固连接。

本发明与现有技术相比具有如下至少一种有益效果：

(1)本发明对现有射频连接器插孔结构进行了创新性的改进，能够有效提高射频连接器插针和插孔插合后的接触面积，大大降低了单位接触面的过电流密度，提高了使用的安全性；

(2)本发明大功率电连接器插孔，结构简单，易于实现，适用范围广；

(3)本发明一种大功率射频连接器，使对插时J型射频连接器和K型射频连接器的绝缘介质的配合面为锥形面，有效降低了插合面之间的二次电子倍增效应，大幅提高了产品的抗微放电能力；

(4)本发明大功率射频连接器，K型射频连接器中的锥台绝缘介质外壁为渐变的连续结构，且J型射频连接器和K型射频连接器的绝缘介质采用同一材料，避免了局部空间电场增强；

(5)本发明大功率射频连接器，采用锥面结构的设计，有利于接头插合后残余气体溢出，有利于提高抗低气压放电的能力；

(6)本发明大功率射频连接器，使得射频连接器在4GHz以下的抗微放电能力提高到万瓦级；填补了空间宇航用超大功率射频连接器的市场空白。

附图说明

图1为现有技术中射频连接器针孔的配合示意图；

图2为现有技术中大功率射频连接器针孔的配合示意图；

图3为本发明连接器插座结构示意图；

图4为本发明插孔及指状接触片局部放大示意图；

图5为本发明针孔配合示意图；

图6为本发明针孔配合的实物照片；

图7为本发明J型射频连接器的结构示意图；

图8为本发明K型射频连接器的结构示意图；

图9为本发明K型射频连接器和J型射频连接器插合后连接状态示意图。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明一种大功率射频连接器插孔，有效解决了大功率射频连接器插针和插孔配合以后，有效接触面积过小引起插合部位过电流烧毁的难题。

射频连接器的插座中，插孔部分一般采用铍青铜加工，在插孔端部一定长度内开设n个片间凹槽，形成n个指状接触片，加工完成以后进行热处理，n个指状接触片成收口状，在插孔与插针的插合时形成有效接触，n＞1，指状接触片数量一般选择6个，在满足力学要求等的基础上，也可选择其他数量。

本发明在热处理前，在插孔指状接触片内表面增加预留斜面，使热处理后形成的收口结构满足插针插入插孔后，插孔内表面刚好与插针的表面贴合；改变现有射频连接器在插针和插孔插合后仍为点接触的不足；

本发明的原理如下：

射频连接器的作用是将两个部件进行连接，并起到功率信号的传输的作用。受趋附深度的约束，射频信号传输时，主要体现在导体表面的电流传输。现有的射频连接器插针和插孔插合以后理论上的接触为线接触(剖面示意图如图1，实物图如图2，为点接触)，考虑实际的加工误差以后，该线接触为较小的环带状面接触，可认为是环周线接触。在进行大功率信号传输时，该接触面积不能承受过大的传输总电流，从而会引起接触点的过电流烧毁现象。

本发明在插孔口附近设计预留一定尺寸的斜面，使插针插入收口后的插孔时，插孔指状接触片内表面刚好与插针的表面贴合。即改变现有的环周线接触为环带面接触，大大降低插针和插孔接触面的面电流密度。

如图3，图4，图5所示，指状接触片的总长度为L1。D1为阴头插孔的直径，即未设指状接触片处的插孔内壁直径，D2为阳头插针的直径，指状接触片有效接触宽度，即收口结构的长度为L，接触片的边缘倒角半径为R，L的设计要求与连接器通过的功率(电流)大小正相关，预置角

为此本发明中的大功率射频连接器插孔设计作为一种具有结构简单、效果直观、优势明显的大功率射频连接器，成为大功率射频连接器插座设计的最佳选择。

本发明基于上述插孔结构，进一步设计了一种大功率射频连接器，连接器包含J型射频连接器和K型射频连接器。如图7和图8所示为本发明J型和K型射频连接器的结构示意图，图9所示为本发明K型J型插合后连接状态示意图。

J型射频连接器1包括插针11、锥孔绝缘介质12、J型射频连接器壳体13及连接器紧固螺套14；锥孔绝缘介质12装入J型射频连接器壳体13，通过壳体所设第一定位凸台131定位；插针11穿过锥孔绝缘介质12中心孔，插针11可与大功率电缆的内导体连接或其他微带结构连接；J型射频连接器1与K型射频连接器2对插时使用连接器紧固螺套14进行紧固。

K型射频连接器2包括插孔21、渐变的锥台绝缘介质22、K型射频连接器壳体23；锥台绝缘介质22装入K型射频连接器壳体23，通过壳体所设第二定位凸台231定位；插孔21为渐变锥台绝缘介质22的中心孔，插孔21与大功率电缆内导体连接或其他微带结构连接；K型射频连接器2对插时插入J型射频连接器1内，并通过J型射频连接器紧固螺套14进行紧固。

所述超大功率射频连接器绝缘介质材料选用低损耗介质材料，例如但不限于聚四氟乙烯、聚醚醚酮等。

插针11可通过焊接或其他方式与大功率电缆内导体连接或其他微带结构连接。

插孔21固定在渐变锥台绝缘介质中心孔，插孔21通过焊接或其他方式与大功率电缆内导体连接或其他微带结构连接。

本发明大功率射频连接器通过锥形界面的设计，解决了现有设计中，在功率传输方向上存在平行于电场方向的接触间隙状态；绝缘介质接触面为锥形界面，有利于减小插合面之间的二次电子倍增效应，大幅提高了产品的抗微放电能力。

实施例1：

本实施例中，以ZL27-KFD接头的设计为例对本发明进行详细说明。

如图1所示，现有ZL27-KFD大功率射频连接器的插针和插孔插合后，插孔的指状接触片与插针的外表面为弧线接触状态。

如图4所示本发明ZL27-KFD连接器的插孔，插孔的直径为4.1mm；共6个指状接触片，指状接触片的长度为6mm，每片之间的片间凹槽宽度为0.3mm，指状接触片的边缘倒角半径0.5mm，指状接触片的预置斜面长度2.5mm,与插针插合后，有效接触面为2mm宽的环带。

选用与ZL27-KFD配对使用的ZL27-JFD接头的插针直径为4mm。

图6为本发明插针插孔配合的实物照片，由图可知，采用该设计以后，插孔与插针的有效接触面积明显增加。

实施例2：

本实施例设计一种射频连接器，J型射频连接器1包括插针11、锥孔绝缘介质12、J型射频连接器壳体13及连接器紧固螺套14；锥孔绝缘介质12装入J型射频连接器壳体13，通过壳体所设第一定位凸台131定位；插针11穿过锥孔绝缘介质12中心孔，插针11可通过焊接或其他方式与大功率电缆的内导体连接或其他微带结构连接；J型射频连接器1与K型射频连接器2对插时使用连接器紧固螺套14进行紧固。

K型射频连接器2包括如实施例1所述的插孔21、渐变的锥台绝缘介质22、K型射频连接器壳体23，插孔21内部设有指状接触片211；锥台绝缘介质22装入K型射频连接器壳体23，通过壳体所设第二定位凸台231定位；插孔21为渐变锥台绝缘介质22的中心孔，插孔21通过焊接或其他方式与大功率电缆内导体连接或其他微带结构连接；K型射频连接器2对插时插入J型射频连接器1内，并通过J型射频连接器紧固螺套14进行紧固。

如图9所示，J型射频连接器1和K型射频连接器2插合后互相嵌套补偿，形成径向介质全填充结构，两部分介质的插合面与电场方向存在一定的夹角。，J型射频连接器1和K型射频连接器2通过连接器紧固螺套14进行紧固。

射频传输系统中，射频连接器的截面尺寸越大，则功率容量越大；射频传输系统截面尺寸确定后传输频率越接近截止频率，射频传输系统功率容量就越低。为保证连接器耐峰值功率、降低内导体发热量，连接器内外导体截面需要选择较大的尺寸。为保证连接器抗微放电能力，绝缘介质需要满足一定的厚度要求，连接器绝缘介质接触面设计为锥形界面，有利于减小插合面之间的二次电子倍增效应。本实施例中，J型射频连接器插针直径范围为3～5mm，锥孔绝缘介质外沿即大端直径范围为10～18mm，内沿即小端直径范围为6.5～10mm。K型射频连接器插孔直径范围为3～5mm，渐变锥台绝缘介质上边沿即小端直径范围为6.5～10mm，下边沿即大端直径范围为10～18mm。

本实施例将射频连接器在4GHz以下的抗微放电能力提高到万瓦级；填补了空间宇航用大射频连接器的市场空白，本实施例的射频连接器已通过L波段15000W以上的微放电验证。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

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 (10)

1.一种大功率电连接器插孔，其特征在于，包含插孔内壁，片间凹槽，以及指状接触片；

各片间凹槽沿电连接器插孔内壁周向均匀分布，每个片间凹槽由插孔口向插口内部延伸；各片间凹槽之间形成＞1个指状接触片，连接器插孔的长度大于每个指状接触片的长度；

指状接触片沿由插孔口向插口内部的方向依次包括倒角，收口段和非收口段，所述收口段用于与插针接触；

收口段经热处理形成，热处理前收口段的内表面与插孔轴线呈预置角θ：

其中，指状接触片的长度为L1，指状接触片中收口段的长度为L，D1为未设指状接触片处的插孔内壁直径，D2为插针的直径，R为指状接触片所设倒角半径。

2.根据权利要求1所述的一种大功率电连接器插孔，其特征在于，指状接触片中收口段的长度L根据电连接器所需通过功率确定，且L与电连接器所需通过功率大小正相关。

3.根据权利要求1所述的一种大功率电连接器插孔，其特征在于，所述经热处理形成的指状接触片的收口段的内表面与插孔轴线平行。

4.根据权利要求1所述的一种大功率电连接器插孔，其特征在于，每个片间凹槽由插孔口向插口内部延伸的方向与插孔轴线平行；

热处理前收口段的内表面相对于插孔轴线为斜面，所述斜面的倾斜方向远离插孔轴线方向。

5.一种大功率电连接器，其特征在于，包含权利要求1-4任一项所述的一种大功率电连接器插孔。

6.根据权利要求5所述的一种大功率电连接器，其特征在于，包括J型射频连接器和K型射频连接器；

J型射频连接器包括J型射频连接器壳体，锥孔绝缘介质和插针；锥孔绝缘介质安装于J型射频连接器壳体内部，锥孔绝缘介质设有锥孔，插针一端位于所述锥孔中，插针另一端连接外部电缆内导体或微带结构；

K型射频连接器包括K型射频连接器壳体，锥台绝缘介质和插孔；锥台绝缘介质安装于K型射频连接器壳体内部，锥台绝缘介质为锥台结构，插孔设于锥台绝缘介质中且与锥台绝缘介质同轴，插孔连接外部电缆内导体或微带结构；

J型射频连接器与K型射频连接器对插时，K型射频连接器的锥台绝缘介质与J型射频连接器的锥孔绝缘介质嵌套配合，锥台绝缘介质与锥孔绝缘介质的配合面为与射频连接器同轴的锥形面，同时J型射频连接器的插针插入K型射频连接器的插孔，所述插针与插孔的接触面为环带面。

7.根据权利要求6所述的一种大功率电连接器，其特征在于，所述K型射频连接器中的锥台绝缘介质外壁相对于锥台绝缘介质轴线的角度连续变化。

8.根据权利要求6所述的一种大功率电连接器，其特征在于，所述J型射频连接器中的锥孔绝缘介质和K型射频连接器中的锥台绝缘介质采用同种材料，所述锥孔绝缘介质和锥台绝缘介质所用材料为聚四氟乙烯或聚醚醚酮。

9.根据权利要求6所述的一种大功率电连接器，其特征在于，所述J型射频连接器中插针的直径为3～5mm，K型射频连接器中指状接触片收口段与插针间隙配合；

所述锥孔绝缘介质中锥孔的大端直径为10～18mm，锥孔绝缘介质中锥孔的小端直径为6.5～10mm；所述锥台绝缘介质的大端直径与所述锥孔的大端直径相等，所述锥台绝缘介质的小端直径与所述锥孔的小端直径相等。

10.根据权利要求6所述的一种大功率电连接器，其特征在于，所述J型射频连接器壳体内壁设有第一定位凸台，J型射频连接器中的锥孔绝缘介质外壁与第一定位凸台配合，实现锥孔绝缘介质在J型射频连接器壳体内部的定位；

所述K型射频连接器壳体内壁设有第二定位凸台，K型射频连接器中的锥台绝缘介质外壁与第二定位凸台配合，实现锥台绝缘介质在K型射频连接器壳体内部的定位；

所述J型射频连接器还包括连接器紧固螺套；连接器紧固螺套设于J型射频连接器壳体外部，用于实现J型射频连接器与K型射频连接器对插时的紧固连接。