SMP型片式電阻負(fù)載產(chǎn)品的研制

馮永芳 李亞南

SMP型片式電阻負(fù)載產(chǎn)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(jié)合片式電阻器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研制了高頻率SMP型片式電阻負(fù)載產(chǎn)品。從連接器部分設(shè)計(jì)、負(fù)載部分設(shè)計(jì)、片式電阻器的過渡連接方式及負(fù)載的性能驗(yàn)證等多方面進(jìn)行了理論分析，并為片式電阻器負(fù)載產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了多種可選方案，為后續(xù)該系列元器件產(chǎn)品的研制提供了參考。

SMP；片式電阻器；負(fù)載

1 引言

射頻同軸負(fù)載屬于無源元器件產(chǎn)品，在無線電通訊、儀器設(shè)備、航空航天等各種微波信號傳輸設(shè)備中廣泛應(yīng)用，通常作為射頻傳輸系統(tǒng)的終端，用來消耗系統(tǒng)中多余的能量或?qū)崿F(xiàn)傳輸線上的阻抗匹配。射頻同軸負(fù)載產(chǎn)品的工作原理為：采用不同類型的電阻吸收傳輸系統(tǒng)中的能量，將其轉(zhuǎn)化為熱能釋放；使用負(fù)載連接在未利用的信號端口，一方面實(shí)現(xiàn)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(fù)載是微波信號系統(tǒng)中的重要組成部分之一。

常用的射頻同軸負(fù)載采用柱狀電阻器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，研制SMP型負(fù)載采用片式電阻器實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，相對于采用柱狀電阻的負(fù)載，片式電阻負(fù)載具有體積小、功率大、頻率高等特點(diǎn)。

2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)

2.1 連接器部分

SMP型片式電阻負(fù)載界面依據(jù)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(shè)計(jì)，能夠與該標(biāo)準(zhǔn)界面要求的所有SMP系列插針接觸件連接器互換對接，負(fù)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(shè)計(jì)特性阻抗?jié)M足：

其中：0——特性阻抗，Ω；ε——介質(zhì)的相對介電常數(shù)；——同軸傳輸線的外導(dǎo)體內(nèi)徑；——同軸傳輸線的內(nèi)導(dǎo)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(biāo)稱值（本產(chǎn)品為50Ω），對于每一處不可避免的阻抗不連續(xù)，通過優(yōu)化仿真或驗(yàn)證等手段采取補(bǔ)償以獲取低電壓駐波比的負(fù)載產(chǎn)品，同時減小機(jī)械公差（包括軸向公差、徑向公差、形位公差及表面質(zhì)量等）對電性能的影響[1]。

2.2 負(fù)載部分

負(fù)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(hù)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(dǎo)性不畏“發(fā)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(wěn)定、可靠性高、高頻性能優(yōu)越等特性。

圖1 片式電阻

考慮到SMP終端負(fù)載的寬頻帶高頻率性能，必須設(shè)置合適的傳輸線結(jié)構(gòu)，使片式電阻電極與連接器內(nèi)導(dǎo)體配合尺寸接近，以保證良好的過渡連接，參考典型SMP內(nèi)導(dǎo)體（插孔接觸件）外徑尺寸值，并可根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需要選用表1中規(guī)格封裝尺寸的貼片電阻。

表1 貼片電阻的封裝尺寸

負(fù)載工作過程中熱傳導(dǎo)性能的好壞由其耐功率的能力決定，而負(fù)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(fù)載的熱傳導(dǎo)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(lián)的方式提升負(fù)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(lián)形成一個阻值50Ω、功率1W的負(fù)載電路，將負(fù)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(fù)載內(nèi)外導(dǎo)體的過渡連接

相比于柱狀無感高頻電阻通過與負(fù)載產(chǎn)品內(nèi)外導(dǎo)體的彈性插孔結(jié)構(gòu)配合進(jìn)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(jù)所使用電阻器的封裝尺寸、安裝數(shù)量選擇最適宜的過渡連接方式，通過生產(chǎn)和試驗(yàn)驗(yàn)證，這些方式均可保證電阻器與負(fù)載內(nèi)外導(dǎo)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(jié)構(gòu)以片式電阻器放置在圓柱形的金屬殼體內(nèi)，殼體的內(nèi)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(nèi)導(dǎo)體，輸入端電極和同軸線內(nèi)導(dǎo)體相接觸，懸置片式電阻器的寬度與連接器同軸傳輸線內(nèi)導(dǎo)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(fù)載內(nèi)外導(dǎo)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(jié)構(gòu)是以片式電阻器水平放置在負(fù)載圓柱形金屬殼體內(nèi)部，殼體的加工內(nèi)腔有用于放置電阻器的環(huán)形臺階面，片式電阻器兩端電極分別與負(fù)載外導(dǎo)體臺階面和內(nèi)導(dǎo)體相接觸，負(fù)載殼體內(nèi)腔的環(huán)形臺階面與內(nèi)導(dǎo)體尾端端面應(yīng)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(fù)載尾部狀態(tài)，組裝后負(fù)載尾部彈性件的變形狀態(tài)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(tài)，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(fù)載外導(dǎo)體和內(nèi)導(dǎo)體的可靠接觸，隨后的振動和沖擊試驗(yàn)未出現(xiàn)瞬斷現(xiàn)象也證實(shí)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(jié)構(gòu)是以片式電阻器水平放置并固定在負(fù)載圓柱形金屬殼體內(nèi)部，殼體的內(nèi)腔加工有用于固定電阻器的環(huán)形臺階面，片式電阻器兩端電極通過焊接分別與負(fù)載外導(dǎo)體臺階面和內(nèi)導(dǎo)體連接，負(fù)載殼體內(nèi)腔的環(huán)形臺階面與內(nèi)導(dǎo)體尾端端面應(yīng)處于同一個水平面。

圖5 圓型表貼過渡連接

3 性能驗(yàn)證

表3 電壓駐波比測試結(jié)果

通過結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)，試制、裝配了SMP型片式電阻負(fù)載產(chǎn)品，并按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行了全性能試驗(yàn)驗(yàn)證、結(jié)構(gòu)分析和鑒定試驗(yàn)，測試結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)研究產(chǎn)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(fù)載的電壓駐波比性能，測試結(jié)果見表3（5只測試樣品）。

4 結(jié)束語

基于射頻同軸連接器的同軸傳輸線理論，結(jié)合片式電阻的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、性能驗(yàn)證等方面分析高頻率SMP型片式電阻負(fù)載產(chǎn)品，提出了多種片式電阻器的過渡連接方式，在此類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(fù)載產(chǎn)品的性能指標(biāo)及可靠性至關(guān)重要，應(yīng)多加關(guān)注、控制。

1 劉長春，秦雪雪. SMP射頻同軸匹配負(fù)載的設(shè)計(jì)與研究[J]. 無線互聯(lián)科技 2017(13)：105～106

2 唐超，張雪薇，張建. 淺談射頻同軸匹配負(fù)載的研制[J]. 工程技術(shù) 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(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)；研究方向：宇航用射頻元器件產(chǎn)品研發(fā)。

2020-03-10