大功率射频同轴电缆组件设计方法

大功率射频同轴电缆组件设计方法

张伟韦勇敏俞佳

（中航富士达科技股份有限公司）

摘要：文章介绍了大功率射频同轴电缆组件设计时需要考虑的几点主要因素。以一种小型化大功率电缆组件为例，阐述了大功率射频同轴电缆组件设计方法，并对相应的功率计算方法、结构设计等进行重点论述。

关键词：大功率射频同轴电缆组件；高温；结构设计

1、引言

随着科学技术的快速发展，通信数据暴增，要求射频通信基站、雷达等具有更高的发射功率来进行更多信息的传递，要保证大功率发射系统可靠工作，需要各个分系统及元器件均能承受大功率能量的传输要求。因而通信领域使用的大功率射频同轴电缆组件数量越来越多，相应对其耐恶劣使用环境条件和电气、力学性能条件要求也越来越高。

本文介绍某通信基站所需求的大功率电缆组件的选型、组件的设计等，重点讲述组件的设计主要是根据用户所需的电性能、使用环境等要求进行设计；根据我司连接器电缆组件技术设计基础及产品研制经验，并通过理论计算、试验验证，确保了产品的设计结构的合理性、可靠性。

2、主要技术要求

特性阻抗：50Ω；使用频率：0.5GHz～0.8GHz；

海拔高度：5000米；工作温度：-55℃～+85℃；

平均功率：400W；电压驻波：≤1.15；插入损耗：0.3dB

3、产品设计

3.1射频连接器及电缆耐功率计算

射频电缆组件的承载功率的大小主要取决于：内外导体之间的击穿电压和组件内部散热。而这两个因素主要取决于电缆组件中连接器及电缆的结构设计和材料。功率的承载能力还取决于工作频率、环境温度、海拔高度、电压驻波比等

a）击穿电压：

导致电介质击穿的最小临界电压称为击穿电压。电介质击穿时的电场强度叫做击穿电场，不同绝缘电介质在相同温度下，其击穿场强不同。均匀电场中，击穿电压与内导体之间的介质的厚度之比称为击穿电场强度。介质击穿后，瞬间产生的大电流将内外导体及介质烧焦而导致组件失效。击穿电压随着频率的增加而降低，射频同轴击穿电压近似公式为：

根据分析结果重新设计了方案Ⅱ，有以下优点：

1）连接器外导体改成劈槽后形成侧面接触以提高接触可靠性；

2）连接器焊接部分采用高频感应焊。

3）电缆采用耐高温大功率电缆（-55℃～+200℃），焊锡丝等辅料也采用耐高温材料。

4）连接器所有棱角的地方都增加R0.1～R0.2的倒角，以避免尖端放电现象。

方案Ⅱ经过使用验证，未发现烧毁、失效现象，故更改后结构可以满足要求，设计是合理的。

4组件所需项目的测试

1）电气性能测试，满足客户要求；

2）经过客户使用，满足功率需求；

3）进行高温实验，观察组件外观无变色、烧毁现象；

5影响电缆组件耐功率的因素

1）连接器、电缆的选择合理性直接决定产品的耐功率；

2）连接器接触件接触可靠性、稳定性，结构设计合理性保证；

3）介质的抗电强度，介质的抗电强度满足组件承受的极限功率；

4）组件所用材料耐温性能，由材料的耐温性、热导率决定；

5）生产工艺，合理的工艺保证产品一致性及稳定性。

6结论

本文设计的大功率电缆组件经过多次测试，满足了设计要求，此产品可以用于基站通信、雷达等需要大功率组件的领域；对同类的高温大功率射频电缆组件的设计具有一定的借鉴作用。

参考文献：

［1］SJ/T11071-96（GB11314-89）N型射频同轴连接器详规；

［2］郑兆翁同轴式TEM模通用无源器件北京：人民邮电出版社1983；

［3］李明德大功率射频同轴连接器的结构设计特点连接器与开关第十三届学术会。