射频同轴连接器功率的计算与设计

2021-11-18 10:52:22 嘉兴翼波电子有限公司 浏览次数 75

连接器几乎都是非线性的阶梯跃变结构,要解决功率修正的问题,首先需要了解几个定义和影响因素。

 

定义:

1. 发射功率:发射功率分为脉冲功率和平均功率。

射频连接器在传输大功率时,会承受较高的电压,同时还有大电流通过。因此,连接器允许传输的射频功率会受到电压击穿及电流发热的限制。前者取决于传输的脉冲峰值功率,后者取决于传输的平均功率。综合来说,就是解决介质耐击穿强度的问题。

 

2. 占空比:在一段连续工作时间内脉冲占用的时间与该周期时间的比值(t / T)。例:脉冲宽度1μs,脉冲周期4μs的脉冲信号,其占空比为25%.


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图1 占空比示意图

 image.png  

Pav 平均功率     Pt 脉冲功率


脉冲宽度越宽,占空比越大,对连接器及系统的耐功率要求越高。

 

 

影响因素:

1. 结构尺寸:尺寸越大,插入损耗越小,功率容量越大

2. 电压驻波比:反射越小,导体发热量越小


主要来源于连接器与电缆连接处或其它终端连接处产生的反射,造成能量的损失,可用公式进行计算:

image.png                                           

Umax最大允许电压    Uin 入射电压


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CV 电压驻波比系数

 

3. 环境温度:按照同轴线传输理论,其系数与电缆修正系数一样,如图2所示


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图2 温度因数

 

4. 海拔高度:当射频同轴连接器处于高海拔时,空气稀薄,表面散热困难,因此功率也随之降额。对应的修正系数见图3、4


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图3


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图4

 

5. 工作频率:额定功率随着频率的升高而下降,在常温条件下可承受的最大功率,可以用击穿功率计算公式:

image.png

单位:瓦

Pc击穿功率,

image.png绝缘介质介电常数,

D外导体内径,

d 内导体外径,

Emax 绝缘介质最大击穿强度(PTFE=285V/3.2mm、PEI=830V/3.2mm、PEEK=480V/3.2mm)

 

综合所述,连接器的最终平均功率计算如下:

image.png

PR参考功,CF频率系数,CT温度系数,CV驻波系数,CA高度系数

 

可下载附件《Power handling Calculator》快速计算。

 

注:连接器的额定功率计算非常复杂,且在设计连接器内部结构时,为了兼顾机械、电气等因素,会在内部形成不同的台阶进行阶梯式的过渡,即非线性的结构,当计算时需要知道其内部介质支撑最薄弱的结构尺寸及其材质。通常会通过电磁热仿真分析,得到更接近于实际需求的数据。