一種1:4傳輸線阻抗變換器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種1:4傳輸線阻抗變換器。使用本實用新型的1:4傳輸線阻抗變換器均能夠經(jīng)受-180℃～+120℃的溫度環(huán)境、承受量級為21G的隨機(jī)振動和量級為1600G的沖擊、耐受超過1000V的高壓。且該1:4傳輸線阻抗變換器能夠滿足CE-3巡視器測月雷達(dá)天線的安裝要求，具有不易被擊穿的特點。此1:4傳輸線阻抗變換器具有良好的寬帶特性，且插入損耗均小于0.75dB。
【專利說明】一種1:4傳輸線阻抗變換器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及阻抗變換器設(shè)計【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體涉及一種1:4傳輸線阻抗變換器。

【背景技術(shù)】
[0002]傳輸線阻抗變換器又稱為傳輸線變壓器，它是以傳輸線繞制在磁環(huán)上而得名。傳輸線阻抗變換器可以視為是集中參數(shù)變壓器和分布參數(shù)變壓器結(jié)合的產(chǎn)物，它既吸收了分布參數(shù)變壓器能夠工作于高頻段的優(yōu)點，又保持了集中參數(shù)變壓器尺寸小、相對帶寬大的優(yōu)點?；趥鬏斁€阻抗變換器的上述優(yōu)勢，它在宇航、勘探、生命探測等超寬帶【技術(shù)領(lǐng)域】獲得了廣泛應(yīng)用。
[0003]然而，在現(xiàn)有產(chǎn)品中均不能滿足應(yīng)用于CE-3巡視器測月雷達(dá)的天線端口匹配的條件，這是因為:
[0004](l)CE-3巡視器測月雷達(dá)的天線端口為艙外設(shè)備，需要經(jīng)受_180°C?+120°C的溫度環(huán)境。
[0005](2)該1:4阻抗變換器需要承受量級為2IG的隨機(jī)振動和量級為1600G的沖擊。
[0006](3)該CE-3巡視器測月雷達(dá)由于要將1000V的信號傳輸給阻抗變換器后通過CE-3巡視器測月雷達(dá)的天線端口進(jìn)行匹配，故阻抗變換器需要耐受超過1000V的高壓。
[0007]而現(xiàn)有普通產(chǎn)品均不能同時滿足以上3點要求，即現(xiàn)有產(chǎn)品的溫度特性和力學(xué)特性均不能滿足航天要求；然而，在現(xiàn)有的宇航級產(chǎn)品中，能夠滿足上述3點要求的產(chǎn)品其尺寸較大，不滿足CE-3巡視器測月雷達(dá)的安裝條件和探測器的重量要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，本實用新型提供了一種1:4傳輸線阻抗變換器，能夠在同時滿足上述3點要求的同時保證產(chǎn)品尺寸符合CE-3巡視器測月雷達(dá)的安裝要求。
[0009]該1:4傳輸線阻抗變換器，包括磁環(huán)、第一漆包線、第二漆包線以及印制電路板；其中，第一漆包線的兩端定義為引腳A和引腳B，第二漆包線的兩端定義為引腳C和引腳D，兩個漆包線扭絞在一起形成扭絞雙線，扭絞雙線繞制在所述磁環(huán)的磁芯上。
[0010]引腳B和引腳C在印制電路板中互聯(lián)，引腳C作為1:4傳輸線阻抗變換器輸入端口串聯(lián)測試信號源，引腳A在印制電路板中接地，引腳D接入印制電路板中作為輸出端口與深空探測器的天線端口連接；深空探測器內(nèi)阻匕與深空探測器的天線端口負(fù)載&的阻值比為 1:4。
[0011]所述第一漆包線和第二漆包線均采用外徑為0.57mm、內(nèi)部導(dǎo)體直徑為0.49mm的QY-2/220型聚酰亞胺漆包線；組成扭絞雙線的漆包線的扭絞程度根據(jù)所需的扭絞雙線特征阻抗確定，單位長度中的扭絞匝數(shù)越少，扭絞雙線的特征阻抗越大，扭絞匝數(shù)越多，扭絞雙線的特征阻抗越小。
[0012]所述磁環(huán)采用磁導(dǎo)率μ為60、飽和磁通量密度為0.75Τ、有效磁路面積為0.064cm2、磁環(huán)的工作溫度為-55°c?+125°C的Y60-095型磁環(huán)，磁環(huán)表面具有聚對二甲苯涂層;
[0013]所述印制電路板采用雅龍公司生產(chǎn)的Imm厚EP2型印制板。
[0014]特別地，漆包線的扭絞程度為每厘米扭絞2?3匝。
[0015]有益效果:
[0016]1、在本實用新型中，所用材料均為宇航級廣品，該材料能夠承受量級為21G的隨機(jī)振動和量級為1600G的沖擊。由此，能有效地保證產(chǎn)品的溫度特性和力學(xué)特性。采用QY-2/220型的聚酰亞胺漆包線具有良好的耐壓能力能耐4000V高壓。通過對Y60-095型磁環(huán)涂抹聚對二甲苯而使其能適用_180°C?+120°C工作環(huán)境，且該型號磁環(huán)的尺寸能夠滿足CE-3巡視器測月雷達(dá)天線的安裝要求，具有不易被擊穿的特點。
[0017]2、本實用新型中扭絞雙線的特征阻抗可以通過雙線的扭絞程度獨(dú)立調(diào)整，扭絞越松，其特征阻抗越大，反之，扭絞越緊，特征阻抗越小。從而，本實用新型可以通過將扭絞雙線每厘米扭絞2至3匝的扭絞程度實現(xiàn)所需頻帶范圍為20MHz?160MHz的寬帶傳輸。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為1:4阻抗變換器原理示意圖。
[0019]圖2為1:4阻抗變換器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3為1:4阻抗變換器電路板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4為1:4阻抗變換器工作帶寬示意圖。
[0022]圖5為1:4阻抗變換器插入損耗測試電路示意圖。
[0023]圖6為1:4阻抗變換器插入損耗示意圖。
[0024]其中，1-測試信號源，2-CE-3巡視器測月雷達(dá)的天線端口。

【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0026]本實用新型提供了一種1:4傳輸線阻抗變換器，包括磁環(huán)、第一聚酰亞胺漆包線、第二聚酰亞胺漆包線以及印制電路板。由于本實用新型所提供的1:4傳輸線阻抗變換器應(yīng)用于航天環(huán)境中，故所有材料均采用宇航級材料。該材料能夠承受量級為21G的隨機(jī)振動和量級為1600G的沖擊。首先，根據(jù)CE-3巡視器測月雷達(dá)的天線端口的實際匹配體積確定磁環(huán)的大小，為防止磁環(huán)被擊穿，在確保磁環(huán)能與天線端口實際體積匹配的情況下，盡量選取大的磁環(huán)；同時，又由于實際工作時雷達(dá)的工作頻段即20MHz-160MHz和工作時產(chǎn)生的1000V高壓綜合確定采用磁導(dǎo)率μ為60的磁環(huán)。此外，由于工作環(huán)境的特殊性，該磁環(huán)需工作在_180°C?+120°C的環(huán)境下。綜合以上3點，確定采用Y60-095型磁環(huán)，該磁環(huán)的磁導(dǎo)率μ為60、飽和磁通量密度為0.75Τ、有效磁路面積為0.064cm2、磁環(huán)的工作溫度是-55°C?+125°C，通過對磁環(huán)上涂抹聚對二甲苯使其能即使是用于CE-3巡視器測月雷達(dá)的天線端口這種比較嚴(yán)苛的條件下也可以照常使用。
[0027]通過以下幾點分析，確定傳輸線型號:1、由于傳輸線阻抗變換器的傳輸損耗受傳輸線長度影響，傳輸線越長，損耗越大。然而傳輸線長度主要受最小工作波長Xmin的限制。為降低本實用新型的傳輸損耗，傳輸線長度不大于最小工作波長的1/8。優(yōu)選地，本次試驗選取的最佳工作頻段為60MHz，根據(jù)式(I).C
[0028]y(I)
[0029]其中，C為電磁波傳輸速率，C = 3X101(lCm/S ;f為最佳工作頻段；由此，可知，傳輸線長度的最大為62.5cm。2、在選擇傳輸線的規(guī)格時,若導(dǎo)體直徑過粗不僅在扭絞時不方便，且不易控制扭絞雙線的松緊程度。若扭絞雙線過細(xì)則會導(dǎo)致其耐壓性降低，易被擊穿。綜上兩點且經(jīng)過大量實驗，采用QY-2/220型聚酰亞胺漆包線。該聚酰亞胺漆包線的外徑為0.57mm,導(dǎo)體直徑為0.49mm。
[0030]由于本實用新型是為實現(xiàn)傳輸線阻抗比為1:4的比例關(guān)系以及能夠達(dá)到不平衡-不平衡的轉(zhuǎn)換關(guān)系，如圖1所示，按傳統(tǒng)連接模式連接，第一聚酰亞胺漆包線的兩端定義為引腳A和引腳B，第二聚酰亞胺漆包線的兩端定義為引腳C和引腳D，兩個聚酰亞胺漆包線扭絞在一起形成扭絞雙線；如圖2所示:引腳B和引腳C在印制電路板中互聯(lián)，引腳C作為輸入端口串聯(lián)測試信號源1，引腳A在印制電路板中接地，引腳D接入印制電路板中作為輸出端口與CE-3巡視器測月雷達(dá)的天線端口 2連接；輸入端口內(nèi)阻Rg與輸出端口負(fù)載RL的阻值比為1:4。扭絞雙線繞制在所述磁環(huán)的磁芯上。組成扭絞雙線的漆包線的扭絞程度根據(jù)所需的扭絞雙線特征阻抗確定，單位長度中的扭絞匝數(shù)越少，扭絞雙線的特征阻抗越大，扭絞匝數(shù)越多，扭絞雙線的特征阻抗越小。為保證1:4阻抗變換器的電壓駐波比和插入損耗的測試結(jié)果良好，經(jīng)過大量實驗，將扭絞雙線的扭絞程度定義為每厘米扭絞2至3匝。
[0031]采用雅龍公司生產(chǎn)的宇航級EP2印制板，如圖3所示，將第一聚酰亞胺漆包線兩端和第二聚酰亞胺漆包線兩端的裸露的引腳A、B、C、D分別焊接在EP2型印制板所對應(yīng)的焊盤上。
[0032]下面對本實用新型的輸入電壓駐波比和插入損耗進(jìn)行驗證:
[0033]傳輸線阻抗變換器其主要的技術(shù)指標(biāo)是輸入電壓駐波比和插入損耗，為此，對兩項性能進(jìn)行測試。
[0034]首先，對于輸入電壓駐波比進(jìn)行測試；將傳輸線阻抗變換器輸出端接入200歐姆電阻，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試。為保證傳輸線阻抗變換器工作在正常狀態(tài)，定義電壓駐波比小于1.5時性能良好；如圖4所示，在阻抗變換器的正常頻率范圍20MHz?160MHz內(nèi)本實施例電壓駐波比均小于1.5，其比例帶寬超過8:1，說明本實用新型具有良好的寬帶特性。
[0035]接下來，對本實施例插入損耗進(jìn)行測試；制作三只本實用新型所公布的傳輸線阻抗變換器，分別將三只傳輸線阻抗變換器兩兩背靠背連接在一起，構(gòu)成3組傳輸線阻抗變換器，如圖5所示，其中，背靠背連接是指將兩個傳輸線阻抗變換器的輸出端相互連接，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的兩個端口分別連接買個傳輸線阻抗變換器的輸入端口 D端相互連接，B端均與自身傳輸線阻抗變換器的C端連接，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀連接每個傳輸線阻抗變換器的A、C端，分別測試它們每組的背靠背電路的插入損耗L，即可得到方程組:
L\(dB) + L2(dB) = L\2(d B)
[0036].! L\(cIB) + L3UiB) = L\3(ciB)
L2(dB) + L3UIB) = L23UIB)
[0037]求解上述方程組就可以求得三個傳輸線阻抗變換器的插入損耗LI (dB)，L2(dB)，L3 (dB)。其中，L12是利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀串聯(lián)于第一只傳輸線阻抗變換器與第二只傳輸線阻抗變換器對接后每個傳輸線阻抗變換器的A、C端，并測量出它們間的插入損耗。L23是利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀串聯(lián)于第二只傳輸線阻抗變換器與第三只傳輸線阻抗變換器對接后每個傳輸線阻抗變換器的A、C端，并測量出它們間的插入損耗。L13是利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀串聯(lián)于第一只傳輸線阻抗變換器與第三只傳輸線阻抗變換器對接后每個傳輸線阻抗變換器的A、C端，并測量出它們間的插入損耗。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀通過對每個工作頻點的掃描去測量信號傳輸和反射的幅度與相位變化量值，從而獲得獲得每兩個傳輸線阻抗變換器間的插入損耗。
[0038]定義在正常工作頻率內(nèi)當(dāng)插入損耗小于IdB時為本實施例滿足應(yīng)用需求，如圖6所示，在阻抗變換器的正常頻率范圍20MHz?160MHz內(nèi)本實施例插入損耗均小于0.75dB，滿足本實施例的應(yīng)用需求。
[0039]可見，采用本實用新型所選材料，能夠有效在滿足溫度、耐壓力和耐高壓的要求的同時保證產(chǎn)品其尺寸合適且達(dá)到探測器的重量要求。
[0040]綜上所述，以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護(hù)范圍。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種1:4傳輸線阻抗變換器，包括磁環(huán)、第一漆包線、第二漆包線以及印制電路板；其中，第一漆包線的兩端定義為引腳A和引腳B，第二漆包線的兩端定義為引腳C和引腳D，兩個漆包線扭絞在一起形成扭絞雙線，扭絞雙線繞制在所述磁環(huán)的磁芯上；其特征在于， 引腳B和引腳C在印制電路板中互聯(lián)，引腳C作為1:4傳輸線阻抗變換器輸入端口串聯(lián)測試信號源，引腳A在印制電路板中接地，引腳D接入印制電路板中作為輸出端口與深空探測器的天線端口連接；測試信號源內(nèi)阻&與深空探測器的天線端口負(fù)載&的阻值比為1:4 ； 所述第一漆包線和第二漆包線均采用外徑為0.57mm、內(nèi)部導(dǎo)體直徑為0.49mm的QY-2/220型聚酰亞胺漆包線；組成扭絞雙線的漆包線的扭絞程度根據(jù)所需的扭絞雙線特征阻抗確定，單位長度中的扭絞匝數(shù)越少，扭絞雙線的特征阻抗越大，扭絞匝數(shù)越多，扭絞雙線的特征阻抗越小； 所述磁環(huán)采用磁導(dǎo)率μ為60、飽和磁通量密度為0.75Τ、有效磁路面積為0.064cm2、磁環(huán)的工作溫度為_55°C?+125°C的Y60-095型磁環(huán)，磁環(huán)表面具有聚對二甲苯涂層； 所述印制電路板采用雅龍公司生產(chǎn)的1_厚EP2型印制板。
2.如權(quán)利要求1所述的1:4傳輸線阻抗變換器，其特征在于，漆包線的扭絞程度為每厘米扭絞2?3匝。
【文檔編號】H01F27/28GK204046543SQ201420513021
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】盧偉, 紀(jì)奕才, 方廣有, 王淑芝 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所