SMP型片式电阻负载产品的研制

冯永芳 李亚南

SMP型片式电阻负载产品的研制

冯永芳 李亚南

（苏州华旃航天电器有限公司，苏州 215129）

基于同轴传输线的基本理论，结合片式电阻器的结构特点，研制了高频率SMP型片式电阻负载产品。从连接器部分设计、负载部分设计、片式电阻器的过渡连接方式及负载的性能验证等多方面进行了理论分析，并为片式电阻器负载产品的结构设计提供了多种可选方案，为后续该系列元器件产品的研制提供了参考。

SMP；片式电阻器；负载

1 引言

射频同轴负载属于无源元器件产品，在无线电通讯、仪器设备、航空航天等各种微波信号传输设备中广泛应用，通常作为射频传输系统的终端，用来消耗系统中多余的能量或实现传输线上的阻抗匹配。射频同轴负载产品的工作原理为：采用不同类型的电阻吸收传输系统中的能量，将其转化为热能释放；使用负载连接在未利用的信号端口，一方面实现了传输线路的阻抗匹配，另一方面可有效阻止线路中的信号泄露、避免传输线之间的信号干扰。因此，射频同轴负载是微波信号系统中的重要组成部分之一。

常用的射频同轴负载采用柱状电阻器设计结构，研制SMP型负载采用片式电阻器实现阻抗匹配，相对于采用柱状电阻的负载，片式电阻负载具有体积小、功率大、频率高等特点。

2 产品设计

2.1 连接器部分

SMP型片式电阻负载界面依据GJB 5246—2004《射频连接器界面》中SMP系列插孔接触件连接器界面尺寸要求设计，能够与该标准界面要求的所有SMP系列插针接触件连接器互换对接，负载的连接器部分符合同轴传输线的基本理论，其各个截面的设计特性阻抗满足：

其中：0——特性阻抗，Ω；ε——介质的相对介电常数；——同轴传输线的外导体内径；——同轴传输线的内导体外径。

连接器在同轴线的每一个横截面上，尽可能地使特性阻抗等于标称值（本产品为50Ω），对于每一处不可避免的阻抗不连续，通过优化仿真或验证等手段采取补偿以获取低电压驻波比的负载产品，同时减小机械公差（包括轴向公差、径向公差、形位公差及表面质量等）对电性能的影响[1]。

2.2 负载部分

负载部分采用厚膜片式电阻消耗能量，片式电阻由基板、电阻膜、保护膜、电极四大部分组成，如图1所示，其中基板采用的Al2O3（三氧化二铝）陶瓷材料，在高温下具有良好的热导性不畏“发烧”，相对于柱状无感高频电阻，片式电阻还具有体积小、重量轻、电性能稳定、可靠性高、高频性能优越等特性。

图1 片式电阻

考虑到SMP终端负载的宽频带高频率性能，必须设置合适的传输线结构，使片式电阻电极与连接器内导体配合尺寸接近，以保证良好的过渡连接，参考典型SMP内导体（插孔接触件）外径尺寸值，并可根据实际设计需要选用表1中规格封装尺寸的贴片电阻。

表1 贴片电阻的封装尺寸

负载工作过程中热传导性能的好坏由其耐功率的能力决定，而负载的功率大小主要取决于电阻器，可通过采用耐电涌片式电阻器提高负载的热传导能力，该类型电阻器的额定功率是普通片式电阻器的2倍以上，见表2。还可通过采用多个电阻器并联的方式提升负载的耐功率能力，如采用两个电阻值100Ω，额定功率0.50W的片式电阻器并联形成一个阻值50Ω、功率1W的负载电路，将负载的耐功率提升为原来的2倍。

表2 贴片电阻的功率对比

2.3 片式电阻与负载内外导体的过渡连接

相比于柱状无感高频电阻通过与负载产品内外导体的弹性插孔结构配合进行过渡连接[2]，片式电阻器的过渡连接方式更加多样化，可依据所使用电阻器的封装尺寸、安装数量选择最适宜的过渡连接方式，通过生产和试验验证，这些方式均可保证电阻器与负载内外导体的可靠接触。

2.3.1 圆型悬置过渡连接

如图2所示，传输线的结构以片式电阻器放置在圆柱形的金属壳体内，壳体的内壁开有两条对称的槽用以支撑电阻器，整个片式电阻器通过簧片夹装在圆形壳体中作内导体，输入端电极和同轴线内导体相接触，悬置片式电阻器的宽度与连接器同轴传输线内导体的直径相接近。这种过渡连接方式适宜于单个片式电阻器与负载内外导体的连接。

图2 圆型悬置过渡连接

2.3.2 圆型平置过渡连接

图3 圆型平置过渡连接

如图3所示，该传输线结构是以片式电阻器水平放置在负载圆柱形金属壳体内部，壳体的加工内腔有用于放置电阻器的环形台阶面，片式电阻器两端电极分别与负载外导体台阶面和内导体相接触，负载壳体内腔的环形台阶面与内导体尾端端面应尽量处于同一水平面，片式电阻器通过弹性件挤压过渡连接。

为了研究圆型平置过渡连接条件下弹性件的挤压程度及片式电阻器的受力状况，模拟变形分析组装后的负载尾部状态，组装后负载尾部弹性件的变形状态及片式电阻器的受力情况见图4，组装下片式电阻器完全处于弹性件的紧密接触挤压状态，受力基本均匀分布于中心地带，可以保证电阻器两端电极分别与负载外导体和内导体的可靠接触，随后的振动和冲击试验未出现瞬断现象也证实了它们的接触可靠性。

图4 弹性件挤压程度及片式电阻器的受力状况

2.3.3 圆型表贴过渡连接

如图5所示，该过渡连接结构是以片式电阻器水平放置并固定在负载圆柱形金属壳体内部，壳体的内腔加工有用于固定电阻器的环形台阶面，片式电阻器两端电极通过焊接分别与负载外导体台阶面和内导体连接，负载壳体内腔的环形台阶面与内导体尾端端面应处于同一个水平面。

图5 圆型表贴过渡连接

3 性能验证

表3 电压驻波比测试结果

通过结构分析设计，试制、装配了SMP型片式电阻负载产品，并按照相关标准要求进行了全性能试验验证、结构分析和鉴定试验，测试结果符合标准要求，根据研究产品的特性，分别采用圆型平置过渡连接和圆型表贴过渡连接测试负载的电压驻波比性能，测试结果见表3（5只测试样品）。

4 结束语

基于射频同轴连接器的同轴传输线理论，结合片式电阻的结构特点，从产品设计、性能验证等方面分析高频率SMP型片式电阻负载产品，提出了多种片式电阻器的过渡连接方式，在此类产品的设计过程中，适宜片式电阻的选择、可靠片式电阻的过渡连接方式等，对负载产品的性能指标及可靠性至关重要，应多加关注、控制。

1 刘长春，秦雪雪. SMP射频同轴匹配负载的设计与研究[J]. 无线互联科技 2017(13)：105～106

2 唐超，张雪薇，张建. 浅谈射频同轴匹配负载的研制[J]. 工程技术 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

冯永芳（1987），工程师，机械设计制造及其自动化专业；研究方向：宇航用射频元器件产品研发。

2020-03-10