CN107492702A - 一种低pim同轴功分器 - Google Patents
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Abstract
一种低PIM同轴功分器，属于微波无源部件。针对低PIM这一技术指标要求，提出了创新性的设计方案，内、外导体一体化设计以及TNC接插件与功分器采用扼流馈电方式，消除了因接触不彻底而产生的非线性，减少了功分器的PIM源，从而实现了无源部件本身的低PIM性能。本发明由一体化内外导体、介质支撑、吸收负载、盖板和TNC接插件组成。本发明克服现有技术的不足，提出了一种新的设计方案，解决了该类型无源部件低PIM的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种低PIM同轴功分器，属于天线技术领域。
背景技术
无源互调是指两个或两个以上的发射载波经过无源部件时，由于无源部件的非线性特性，导致发射载波产生线性组合，产生了新的频率分量。当新产生的频率分量落到接收通道内且功率电平较大时，就会对接收机造成干扰，影响接收机接收有用信号。
从PIM产生的机理出发，产品PIM控制的源头和关键在于设计，无源互调产物是由于非线性电流产生的高频干扰信号落入接收带内，非线性电流产生来源包括接触非线性和材料非线性。
传统同轴分支定向耦合器形式的功分器，在实际的工程应用中，结构形式上采用的方案是内、外导体分离式设计，即分别设计、加工内、外导体，在装配阶段将各部件组合而成。通过多个(一般四个)介质支撑保证内、外导体同轴度。TNC接插件与功分器采用螺钉连接，隔离端口处内、外导体也采用螺钉连接。对于无源部件低PIM这一技术要求来说，这种实现方式有一个不可避免的缺陷，那就是接触不彻底而产生的非线性，主要是隔离端口处内、外导体连接方式和TNC接插件与功分器的连接方式这两点上，从而不可避免地增加了无源部件的PIM源。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种低PIM同轴功分器，解决了同轴无源部件低PIM的技术要求。
本发明采用的技术方案为：
一种低PIM同轴功分器，包括内外导体、TNC接插件、腔体介质支撑、接插件介质支撑、盖板以及隔离端口负载；
内外导体为两平行同轴传输线通过中间的耦合机构连接为一体的四端口部件，其中一根同轴线两端口为功分器输入口和直通输出口，另一根同轴线两端口为耦合输出口和隔离口，功分器输入口、直通输出口、耦合输出口分别连接三个TNC接插件作为同轴功分器的对外接口，同轴功分器的对称中心设置有腔体介质支撑，用于保证同轴功分器的同轴度；TNC接插件的内导体***同轴功分器内导体的扼流槽内，并在TNC接插件的内导体的端部设置有接插件介质支撑，用于保证TNC接插件内导体和同轴功分器内导体扼流槽的同轴度，同轴功分器隔离端口设置有隔离端口负载；内外导体的两侧通过盖板封闭。
所述内外导体为一体化结构。
一体化结构的内外导体通过在功分器两主臂各加2个长度约为λg/4的终端短路的同轴分支线实现，其中，λg为入射波长。
TNC接插件的内导体与同轴功分器内导体非接触。
所述接插件介质支撑为一端开口的空心圆筒结构，套在TNC接插件的内导体的端部。
内外导体的内导体截面为正方形，参数为6mm×6mm，内外导体的外导体内截面为正方形，参数为15mm×15mm，直通输出口和耦合输出口之间的中心距52mm。
隔离端口负载结构形式为尖劈状，总长22mm，尖劈部分长度11mm，尖劈上下截面参数分别为：5mm×8mm、15mm×15mm。
内外导体的中心部位，即设置有腔体介质支撑的位置处的腔体参数70mm×52mm×15mm。
所述TNC接插件的内导体参数：Φ2.1mm，L＝42.7mm。
腔体介质支撑材质为聚四氟乙烯，厚度为5mm，腔体介质支撑的中心有两个6mm×10mm的方孔，两方孔间距16mm；腔体介质支撑的两端设置有U形孔，宽度6mm，深度15.5mm；
接插件介质支撑材质为聚四氟乙烯，其腔体外参数：Φ3.2mm，H＝2.5mm，腔体内参数：Φ2.1mm，H＝2mm。
本发明与现有技术相比有益效果为：
(1)本发明使用一种低PIM同轴功分器设计方案，有效地避免了接触非线性问题；
(2)本发明通过同轴定向耦合器内外导体一体化设计，馈电点扼流设计具有原理简单、方便易行等优点；
(3)本发明具有低PIM特性，具有良好的抗干扰能力；
(4)本发明原理简单，设计容易，具有性能优良、应用方便、实用性强等优点，所应用的基本技术较为成熟、便于工程化应用等特点，具有很强的竞争力。
附图说明
图1为本发明低PIM同轴功分器结构剖面示意图；
图2为本发明功分器分支短路处剖视图；
图3为本发明功分器隔离端口处模型图；
图4为本发明TNC接插件与内导体装配示意图；
图5为本发明功分器VSWR计算结果；
图6为本发明功分器分解图；
图7为本发明功分器腔体模型图；
图8为本发明功分器介质支撑3参数；
图9为本发明功分器电性能物理参数；
图10为本发明功分器介质支撑4参数；
图11为本发明功分器负载物理参数；
图12为本发明功分器PIM性能试验结果。
具体实施方式
本发明提供了一种低PIM同轴功分器，如图1所示，包括一体化内、外导体1、TNC接插件2、腔体聚四氟乙烯介质支撑3、接插件聚四氟乙烯介质支撑4、盖板5、隔离端口负载6。
内外导体1为两平行同轴传输线通过中间的耦合机构连接为一体的四端口部件，其中一根同轴线两端口为功分器输入口和直通输出口，另一根同轴线两端口为耦合输出口和隔离口，功分器输入口、直通输出口、耦合输出口分别连接三个TNC接插件2作为同轴功分器的对外接口，同轴功分器的对称中心设置有腔体介质支撑3，用于保证同轴功分器的同轴度；TNC接插件2的内导体***同轴功分器内导体的扼流槽内，并在TNC接插件2的内导体的端部设置有接插件介质支撑4，用于保证TNC接插件2内导体和同轴功分器内导体扼流槽的同轴度，同轴功分器隔离端口设置有隔离端口负载6；内外导体1的两侧通过盖板5封闭。
低PIM同轴功分器主体部分为一体化内、外导体，为便于实现该结构，按照长度为λg/4(λg为入射波长)的终端短路的同轴传输线等效开路的原理，在功分器两主臂各加2个长度约为λg/4的终端短路的同轴分支线将同轴功分器内、外导体连接为一体，如图2所示。同时将同轴功分器隔离端口内、外导体也连为一体，如图3所示。这种设计在结构上减少了内、外导体的螺钉连接，从而减少或消除了接触的非线性。
功分器对外接口为TNC，TNC接插件2为标准的射频连接器。低PIM同轴功分器一体化内外导体1与TNC接插件2馈电采用扼流的馈电方式，采用这种方式馈电是为了消除传统连接方式带来的接触非线性。其装配示意图如图4所示，功分器内导体在对外TNC接口处沿功分器内导体轴向开一个直径为3.2mm，深34mm的孔。直径为2.1mm的TNC内导体***孔内。为确保装配后TNC内导体与方同轴线内导体同轴，在方同轴线内导体开孔底端加聚四氟乙烯介质支撑4，聚四氟乙烯介质支撑4电气设计参数详见图10。
功分器两主臂中心加材料为聚四氟乙烯的介质支撑3，既保证了低PIM同轴功分器同轴线的同轴度，与传统的同轴功分器相比，这种设计减少了在同轴功分器中介质支撑的数量，介质支撑3结构参数详见图8。
隔离端口内置负载6结构形式为尖劈状，总长22mm，尖劈部分长度11mm，尖劈上、下截面参数分别为：5mm×8mm、15mm×15mm。隔离端口内置负载的使用实现了低PIM同轴功分器端口匹配。为固定内置负载6，在内导体上设计了R＝1mm的固定桩，内置负载6详细设计参数见图11，VSWR设计结果如图5，由图可见VSWR≤1.10，内置负载6的使用使得低PIM同轴功分器端口匹配良好。
为了降低低PIM同轴功分器实现难度，结构设计上将低PIM同轴功分器上、下底面分解为两块独立盖板，上、下盖板用螺钉与同轴功分器主体部分(一体化内、外导体)连接。分解图如图6所示，这种设计大大地降低了加工难度。
本发明要实现的性能是：低PIM。
本发明解决了通过优化设计功分器结构、考虑制造工艺等因素，低PIM功分器很好地满足了技术指标要求。该方案具有良好的性能，能够很好地满足技术指标要求。
本发明低PIM同轴功分器，通过以下步骤实现：
第一步：根据工作频率，确定功分器内、外导体参数；
第二步：根据工作频率，得到λg/4终端短路的同轴分支线参数；
第三步：根据步骤1以及接插件(例如：TNC)要求，设计功分器内导体轴向扼流槽的直径和深度；
第四步：根据步骤3设计扼流馈电点底部介质支撑结构。
实施例：
如图1所示的低PIM同轴功分器。低PIM同轴功分器的内导体截面参数为6mm×6mm、腔体内截面参数15mm×15mm，该参数确立了功分器端口阻抗为50Ω，同时分析了功率容量，分析结果：功率容量满足要求。在功分器两主臂各加2个长度约为λg/4的终端短路的同轴分支线，长度41.5mm根据波导波长计算得到；终端短路的同轴分支线间距167.6mm是考虑功分器VSWR指标确立；内导体长度188.8mm，外导体内壁长度190mm，两边内、外导体之间各有0.6mm间距，该参数主要考虑了功分器与TNC接插件VSWR匹配的问题。
功分器内导体耦合孔详细参数：直径3.2mm，深34mm。直径的确定主要考虑TNC接插件2为标准件，TNC内导体直径Φ2.1mm，通过调试匹配，获得内导体耦合孔直径Φ3.2mm，深34mm，见图9。
在实际应该用中，功分器要经过热、力学等环境考验，因此，在功分器对称中心设计了材质为聚四氟乙烯的介质支撑3)，并且在功分器内导体上设计了参数为5mm×3mm的槽，固定了介质支撑，介质支撑详细设计参数见图8，内导体详细设计参数见图9；在内导体耦合孔内也设计了材质为聚四氟乙烯的介质支撑4，保证了装配后TNC内导体与方同轴线内导体同轴,考虑该处介质支撑装配问题，在内导体距离对称中心50.2mm处打了直径为0.8mm的透气孔，其三维模型图如图7，介质支撑4详细设计参数见图10。
功分器隔离端口接内置负载6，以实现功分器电性能的匹配，为固定内置负载6，在内导体上设计了R＝1mm的固定桩，内置负载6详细设计参数见图11，VSWR设计结果如图5。
如图12所示，在采用了本发明所述的方法后，所设计的低PIM同轴功分器PIM测试结果优于-125dBm。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
Claims (10)
1.一种低PIM同轴功分器，其特征在于：包括内外导体(1)、TNC接插件(2)、腔体介质支撑(3)、接插件介质支撑(4)、盖板(5)以及隔离端口负载(6)；
内外导体(1)为两平行同轴传输线通过中间的耦合机构连接为一体的四端口部件，其中一根同轴线两端口为功分器输入口和直通输出口，另一根同轴线两端口为耦合输出口和隔离口，功分器输入口、直通输出口、耦合输出口分别连接三个TNC接插件(2)作为同轴功分器的对外接口，同轴功分器的对称中心设置有腔体介质支撑(3)，用于保证同轴功分器的同轴度；TNC接插件(2)的内导体***同轴功分器内导体的扼流槽内，并在TNC接插件(2)的内导体的端部设置有接插件介质支撑(4)，用于保证TNC接插件(2)内导体和同轴功分器内导体扼流槽的同轴度，同轴功分器隔离端口设置有隔离端口负载(6)；内外导体(1)的两侧通过盖板(5)封闭。
2.根据权利要求1所述的一种低PIM同轴功分器，其特征在于：所述内外导体(1)为一体化结构。
3.根据权利要求2所述的一种低PIM同轴功分器，其特征在于：一体化结构的内外导体(1)通过在功分器两主臂各加2个长度约为λg/4的终端短路的同轴分支线实现，其中，λg为入射波长。
4.根据权利要求1所述的一种低PIM同轴功分器，其特征在于：TNC接插件(2)的内导体与同轴功分器内导体非接触。
5.根据权利要求1所述的一种低PIM同轴功分器，其特征在于：所述接插件介质支撑(4)为一端开口的空心圆筒结构，套在TNC接插件(2)的内导体的端部。
6.根据权利要求1所述的一种低PIM同轴功分器，其特征在于：内外导体(1)的内导体截面为正方形，参数为6mm×6mm，内外导体(1)的外导体内截面为正方形，参数为15mm×15mm，直通输出口和耦合输出口之间的中心距52mm。
7.根据权利要求1所述的一种低PIM同轴功分器，其特征在于：隔离端口负载(6)结构形式为尖劈状，总长22mm，尖劈部分长度11mm，尖劈上下截面参数分别为：5mm×8mm、15mm×15mm。
8.根据权利要求1所述的一种低PIM同轴功分器，其特征在于：内外导体(1)的中心部位，即设置有腔体介质支撑(3)的位置处的腔体参数70mm×52mm×15mm。
9.根据权利要求1所述的一种低PIM同轴功分器，其特征在于：所述TNC接插件(2)的内导体参数：Φ2.1mm，L＝42.7mm。
10.根据权利要求1所述的一种低PIM同轴功分器，其特征在于：腔体介质支撑(3)材质为聚四氟乙烯，厚度为5mm，腔体介质支撑(3)的中心有两个6mm×10mm的方孔，两方孔间距16mm；腔体介质支撑(3)的两端设置有U形孔，宽度6mm，深度15.5mm；
接插件介质支撑(4)材质为聚四氟乙烯，其腔体外参数：Φ3.2mm，H＝2.5mm，腔体内参数：Φ2.1mm，H＝2mm。
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