匯流環(huán)注塑法及降低插入損耗的應(yīng)用

王西哲 劉立凱

摘要：本文簡(jiǎn)要介紹微型匯流環(huán)注塑法的結(jié)構(gòu)應(yīng)用及降低插入損耗的理論推算和實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：微型匯流環(huán);注塑法;插入損耗

隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，匯流環(huán)的使用廣泛的應(yīng)用于軍、民品當(dāng)中，無(wú)論從外形結(jié)構(gòu)、尺只寸大小、安裝方式等方面有了很大的變化和差旱性。由干目前整機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)趨干輕巧化和緊湊化，控體減重是設(shè)計(jì)的要求，所以市場(chǎng)對(duì)精密匯流環(huán)有很大的需求，有較大的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)價(jià)值。

目前匯流環(huán)的電性能要求也越來(lái)越高，高轉(zhuǎn)速、免維護(hù)，這些都對(duì)匯流環(huán)的結(jié)構(gòu)提出了新的要求，按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的匯流環(huán)要有芯軸、隔離襯板、絕緣環(huán)、銅環(huán)、外殼、保護(hù)等等組成，直徑尺寸無(wú)法做到特別小。我們技術(shù)人員經(jīng)過(guò)查園大量文獻(xiàn)，借鑒學(xué)習(xí)了同類行業(yè)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)開(kāi)拓創(chuàng)新轉(zhuǎn)變思路、研發(fā)設(shè)計(jì)出一種新型微小匯流不，該種匯環(huán)是釆用滑環(huán)組件塑封一體成型法，滿足了客戶要求。在具體的工程設(shè)計(jì)中，要兼顧電氣指標(biāo)和結(jié)構(gòu)布局等綜合方面，該方法改變了滑環(huán)組件由芯軸、滑環(huán)、絕緣環(huán)、隔離襯板的裝配的形式，通過(guò)專用模具塑型的方法，將滑環(huán)與芯軸、絕緣環(huán)、隔離襯板一體注壓成型，避免了絕緣環(huán)太薄難加工問(wèn)題，消除了加工誤差和裝配誤差，塑封成型的滑環(huán)組件精度高、定位準(zhǔn)，不需要切削加工可以直接與其它部件總裝，外殼、刷均采用模具塑壓成型，而用專用模具定位的滑環(huán)位移誤差小，位置準(zhǔn)確，刷絲接觸良好，傳輸信號(hào)穩(wěn)定，傳輸可靠。

常規(guī)型與小型滑環(huán)組件圖

如上圖所示，在環(huán)路數(shù)相同的情況下，注塑法縮短了長(zhǎng)度尺寸，壓縮了空間，結(jié)構(gòu)更加緊湊、輕巧。

匯流環(huán)作為轉(zhuǎn)換裝置，在傳遞幾十兆赫至上百兆赫的中頻信號(hào)時(shí)，容易受到千擾，增大中頻信號(hào)的插入損耗。中頻信號(hào)的電氣性能與其結(jié)構(gòu)形式、材料選用和加工安裝等密切相關(guān)在具體的工程設(shè)計(jì)中，還要兼顧電氣指標(biāo)和結(jié)構(gòu)布局等方面的綜合要求。針對(duì)上述情況，結(jié)合工程實(shí)例，從理論上研究，通過(guò)測(cè)試插入損耗電性能指標(biāo)，提出解決建議，經(jīng)過(guò)論證、設(shè)計(jì)、加工裝配、調(diào)試試驗(yàn)，得到一些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為以后的匯流環(huán)設(shè)計(jì)提供參考。

匯流環(huán)作為一個(gè)分系統(tǒng)，部件與部件之間以及匯流環(huán)與外系統(tǒng)之間均有安裝接口。各接口之間如何連接以及安排走線，使之既滿足空間要求又能保證安裝維修的可進(jìn)行性是需要認(rèn)真考慮的，確保匯流環(huán)安裝的準(zhǔn)確定位安裝，保證裝配后的同軸度。匯流環(huán)除了結(jié)構(gòu)要求外最重要的是滿足電氣性能指標(biāo)，例如：駐波、隔離度、插入損耗等，一般的使用要求，對(duì)于傳輸頻率較低的匯流環(huán)插入損耗在0.5dB以下，但對(duì)于傳輸速率較高的匯流環(huán)，插入損耗的指標(biāo)就不容易達(dá)到，所以深入探究插入損耗與傳輸信號(hào)頻率之間的關(guān)系，從而搞清楚降低插入損耗的方法，進(jìn)一步應(yīng)用到工程實(shí)例，提高匯流環(huán)的性能指標(biāo)就顯得尤為重要且有意義。

匯流環(huán)的每一個(gè)環(huán)均可看作為一個(gè)由矩形同軸線構(gòu)成的圓環(huán)。信號(hào)從圓環(huán)的一點(diǎn)輸入，而從另一點(diǎn)輸出，輸入輸出點(diǎn)之間的相對(duì)位置是隨時(shí)變化的。

信號(hào)在匯流環(huán)中的傳輸路線圖

若匯流環(huán)的環(huán)周長(zhǎng)為S，圖中下半段傳輸線的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，上半段傳輸長(zhǎng)度則為S-L，則可將該環(huán)信號(hào)作為等效并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，從微波網(wǎng)絡(luò)角度來(lái)看，匯流環(huán)相當(dāng)于在整個(gè)傳輸電路中插入了一個(gè)四端網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于中頻信號(hào)，降低插入損耗是主要難點(diǎn)，當(dāng)匯流環(huán)接入于信號(hào)源與負(fù)載之間時(shí)，信號(hào)傳輸功率的衰減量即為匯流環(huán)的插入損耗。插入損耗包括有功損耗和無(wú)功損耗。有功損耗包括介質(zhì)損耗、導(dǎo)電環(huán)及電刷的電阻損耗和接觸電阻損耗等。經(jīng)計(jì)算和測(cè)試，上述這些損耗均很小，一般為0.1dB左右，而由匯流環(huán)引入的無(wú)功損耗相對(duì)較大，

從中頻信號(hào)的工作原理來(lái)看，在匯流環(huán)直徑和傳輸信號(hào)頻率一定的情況下，降低匯流環(huán)插入損耗，特別是降低插入損耗在轉(zhuǎn)動(dòng)中的波動(dòng)值成為主要的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。當(dāng)S≤λ/2時(shí)，匯流環(huán)的特性參數(shù)ⅹ隨匯流環(huán)轉(zhuǎn)角θ變化為單調(diào)上升函數(shù)，由此可推得插入損耗的極限位置，從而得出S/λ比值越大插入損耗的最大波動(dòng)值越大。所以得出在S/λ一定的情況下，進(jìn)一降低插入損耗的最大波動(dòng)值越大成為了工程設(shè)計(jì)中急需解決的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)測(cè)試研究，分析得出，若選擇某使Zc 使X180與X0與的絕對(duì)值相等，符號(hào)相反。則可使插入損耗的波動(dòng)值最小。

從以上分析和實(shí)測(cè)結(jié)果，只要合理選擇匯流環(huán)特性阻抗值，可以將中頻信號(hào)工作引起的插入損耗波動(dòng)值降到最低。在工程設(shè)計(jì)中，當(dāng)匯流環(huán)的傳輸信號(hào)頻率和環(huán)心直徑確定，即S/λ一定的情況下，可以利用上述方法求得最佳ZC，繼而求得匯流環(huán)截面等效阻抗值，再依此為依據(jù)，選用矩形同軸線特性阻抗計(jì)算式進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

通過(guò)對(duì)插損指標(biāo)的計(jì)算，向反椎出匯流環(huán)相關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)尺寸，結(jié)合注塑法的應(yīng)用，優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品性能和可靠性。

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