SMP型片式電阻負載產品的研制

馮永芳 李亞南

SMP型片式電阻負載產品的研制

馮永芳 李亞南

（蘇州華旃航天電器有限公司，蘇州 215129）

基于同軸傳輸線的基本理論，結合片式電阻器的結構特點，研制了高頻率SMP型片式電阻負載產品。從連接器部分設計、負載部分設計、片式電阻器的過渡連接方式及負載的性能驗證等多方面進行了理論分析，并為片式電阻器負載產品的結構設計提供了多種可選方案，為后續該系列元器件產品的研制提供了參考。

SMP；片式電阻器；負載

1 引言

射頻同軸負載屬于無源元器件產品，在無線電通訊、儀器設備、航空航天等各種微波信號傳輸設備中廣泛應用，通常作為射頻傳輸系統的終端，用來消耗系統中多余的能量或實現傳輸線上的阻抗匹配。射頻同軸負載產品的工作原理為：采用不同類型的電阻吸收傳輸系統中的能量，將其轉化為熱能釋放；使用負載連接在未利用的信號端口，一方面實現了傳輸線路的阻抗匹配，另一方面可有效阻止線路中的信號泄露、避免傳輸線之間的信號干擾。因此，射頻同軸負載是微波信號系統中的重要組成部分之一。

常用的射頻同軸負載采用柱狀電阻器設計結構，研制SMP型負載采用片式電阻器實現阻抗匹配，相對于采用柱狀電阻的負載，片式電阻負載具有體積小、功率大、頻率高等特點。

2 產品設計

2.1 連接器部分

SMP型片式電阻負載界面依據GJB 5246—2004《射頻連接器界面》中SMP系列插孔接觸件連接器界面尺寸要求設計，能夠與該標準界面要求的所有SMP系列插針接觸件連接器互換對接，負載的連接器部分符合同軸傳輸線的基本理論，其各個截面的設計特性阻抗滿足：

其中：0——特性阻抗，Ω；ε——介質的相對介電常數；——同軸傳輸線的外導體內徑；——同軸傳輸線的內導體外徑。

連接器在同軸線的每一個橫截面上，盡可能地使特性阻抗等于標稱值（本產品為50Ω），對于每一處不可避免的阻抗不連續，通過優化仿真或驗證等手段采取補償以獲取低電壓駐波比的負載產品，同時減小機械公差（包括軸向公差、徑向公差、形位公差及表面質量等）對電性能的影響[1]。

2.2 負載部分

負載部分采用厚膜片式電阻消耗能量，片式電阻由基板、電阻膜、保護膜、電極四大部分組成，如圖1所示，其中基板采用的Al2O3（三氧化二鋁）陶瓷材料，在高溫下具有良好的熱導性不畏“發燒”，相對于柱狀無感高頻電阻，片式電阻還具有體積小、重量輕、電性能穩定、可靠性高、高頻性能優越等特性。

圖1 片式電阻

考慮到SMP終端負載的寬頻帶高頻率性能，必須設置合適的傳輸線結構，使片式電阻電極與連接器內導體配合尺寸接近，以保證良好的過渡連接，參考典型SMP內導體（插孔接觸件）外徑尺寸值，并可根據實際設計需要選用表1中規格封裝尺寸的貼片電阻。

表1 貼片電阻的封裝尺寸

負載工作過程中熱傳導性能的好壞由其耐功率的能力決定，而負載的功率大小主要取決于電阻器，可通過采用耐電涌片式電阻器提高負載的熱傳導能力，該類型電阻器的額定功率是普通片式電阻器的2倍以上，見表2。還可通過采用多個電阻器并聯的方式提升負載的耐功率能力，如采用兩個電阻值100Ω，額定功率0.50W的片式電阻器并聯形成一個阻值50Ω、功率1W的負載電路，將負載的耐功率提升為原來的2倍。

表2 貼片電阻的功率對比

2.3 片式電阻與負載內外導體的過渡連接

相比于柱狀無感高頻電阻通過與負載產品內外導體的彈性插孔結構配合進行過渡連接[2]，片式電阻器的過渡連接方式更加多樣化，可依據所使用電阻器的封裝尺寸、安裝數量選擇最適宜的過渡連接方式，通過生產和試驗驗證，這些方式均可保證電阻器與負載內外導體的可靠接觸。

2.3.1 圓型懸置過渡連接

如圖2所示，傳輸線的結構以片式電阻器放置在圓柱形的金屬殼體內，殼體的內壁開有兩條對稱的槽用以支撐電阻器，整個片式電阻器通過簧片夾裝在圓形殼體中作內導體，輸入端電極和同軸線內導體相接觸，懸置片式電阻器的寬度與連接器同軸傳輸線內導體的直徑相接近。這種過渡連接方式適宜于單個片式電阻器與負載內外導體的連接。

圖2 圓型懸置過渡連接

2.3.2 圓型平置過渡連接

圖3 圓型平置過渡連接

如圖3所示，該傳輸線結構是以片式電阻器水平放置在負載圓柱形金屬殼體內部，殼體的加工內腔有用于放置電阻器的環形臺階面，片式電阻器兩端電極分別與負載外導體臺階面和內導體相接觸，負載殼體內腔的環形臺階面與內導體尾端端面應盡量處于同一水平面，片式電阻器通過彈性件擠壓過渡連接。

為了研究圓型平置過渡連接條件下彈性件的擠壓程度及片式電阻器的受力狀況，模擬變形分析組裝后的負載尾部狀態，組裝后負載尾部彈性件的變形狀態及片式電阻器的受力情況見圖4，組裝下片式電阻器完全處于彈性件的緊密接觸擠壓狀態，受力基本均勻分布于中心地帶，可以保證電阻器兩端電極分別與負載外導體和內導體的可靠接觸，隨后的振動和沖擊試驗未出現瞬斷現象也證實了它們的接觸可靠性。

圖4 彈性件擠壓程度及片式電阻器的受力狀況

2.3.3 圓型表貼過渡連接

如圖5所示，該過渡連接結構是以片式電阻器水平放置并固定在負載圓柱形金屬殼體內部，殼體的內腔加工有用于固定電阻器的環形臺階面，片式電阻器兩端電極通過焊接分別與負載外導體臺階面和內導體連接，負載殼體內腔的環形臺階面與內導體尾端端面應處于同一個水平面。

圖5 圓型表貼過渡連接

3 性能驗證

表3 電壓駐波比測試結果

通過結構分析設計，試制、裝配了SMP型片式電阻負載產品，并按照相關標準要求進行了全性能試驗驗證、結構分析和鑒定試驗，測試結果符合標準要求，根據研究產品的特性，分別采用圓型平置過渡連接和圓型表貼過渡連接測試負載的電壓駐波比性能，測試結果見表3（5只測試樣品）。

4 結束語

基于射頻同軸連接器的同軸傳輸線理論，結合片式電阻的結構特點，從產品設計、性能驗證等方面分析高頻率SMP型片式電阻負載產品，提出了多種片式電阻器的過渡連接方式，在此類產品的設計過程中，適宜片式電阻的選擇、可靠片式電阻的過渡連接方式等，對負載產品的性能指標及可靠性至關重要，應多加關注、控制。

1 劉長春，秦雪雪. SMP射頻同軸匹配負載的設計與研究[J]. 無線互聯科技 2017(13)：105～106

2 唐超，張雪薇，張建. 淺談射頻同軸匹配負載的研制[J]. 工程技術 2017(38)：33

Development of SMP Type Chip Resistor Load Products

Feng Yongfang Li Yanan

(Suzhou Huazhan Space Appliance Co., Ltd., Suzhou 215129)

Based on the basic theory of coaxial transmission line and the structure characteristics of chip resistor, the high frequency SMP chip resistor load product is developed. The theoretical analysis is carried out from the aspects of connector part design, load part design, chip resistor transition connection mode and load performance verification. It also provides a variety of options for the structure design of chip resistor load products, and a reference for the subsequent development of this series of components.

SMP；chip resistor；load

馮永芳（1987），工程師，機械設計制造及其自動化專業；研究方向：宇航用射頻元器件產品研發。

2020-03-10