汇流环注塑法及降低插入损耗的应用

王西哲 刘立凯

摘要：本文简要介绍微型汇流环注塑法的结构应用及降低插入损耗的理论推算和实际应用。

关键词：微型汇流环;注塑法;插入损耗

随着应用领域的不断扩展，汇流环的使用广泛的应用于军、民品当中，无论从外形结构、尺只寸大小、安装方式等方面有了很大的变化和差旱性。由干目前整机产品设计趋干轻巧化和紧凑化，控体减重是设计的要求，所以市场对精密汇流环有很大的需求，有较大的市场开发价值。

目前汇流环的电性能要求也越来越高，高转速、免维护，这些都对汇流环的结构提出了新的要求，按传统设计的汇流环要有芯轴、隔离衬板、绝缘环、铜环、外壳、保护等等组成，直径尺寸无法做到特别小。我们技术人员经过查园大量文献，借鉴学习了同类行业的先进经验开拓创新转变思路、研发设计出一种新型微小汇流不，该种汇环是釆用滑环组件塑封一体成型法，满足了客户要求。在具体的工程设计中，要兼顾电气指标和结构布局等综合方面，该方法改变了滑环组件由芯轴、滑环、绝缘环、隔离衬板的装配的形式，通过专用模具塑型的方法，将滑环与芯轴、绝缘环、隔离衬板一体注压成型，避免了绝缘环太薄难加工问题，消除了加工误差和装配误差，塑封成型的滑环组件精度高、定位准，不需要切削加工可以直接与其它部件总装，外壳、刷均采用模具塑压成型，而用专用模具定位的滑环位移误差小，位置准确，刷丝接触良好，传输信号稳定，传输可靠。

常规型与小型滑环组件图

如上图所示，在环路数相同的情况下，注塑法缩短了长度尺寸，压缩了空间，结构更加紧凑、轻巧。

汇流环作为转换装置，在传递几十兆赫至上百兆赫的中频信号时，容易受到千扰，增大中频信号的插入损耗。中频信号的电气性能与其结构形式、材料选用和加工安装等密切相关在具体的工程设计中，还要兼顾电气指标和结构布局等方面的综合要求。针对上述情况，结合工程实例，从理论上研究，通过测试插入损耗电性能指标，提出解决建议，经过论证、设计、加工装配、调试试验，得到一些实践经验，为以后的汇流环设计提供参考。

匯流环作为一个分系统，部件与部件之间以及汇流环与外系统之间均有安装接口。各接口之间如何连接以及安排走线，使之既满足空间要求又能保证安装维修的可进行性是需要认真考虑的，确保汇流环安装的准确定位安装，保证装配后的同轴度。汇流环除了结构要求外最重要的是满足电气性能指标，例如：驻波、隔离度、插入损耗等，一般的使用要求，对于传输频率较低的汇流环插入损耗在0.5dB以下，但对于传输速率较高的汇流环，插入损耗的指标就不容易达到，所以深入探究插入损耗与传输信号频率之间的关系，从而搞清楚降低插入损耗的方法，进一步应用到工程实例，提高汇流环的性能指标就显得尤为重要且有意义。

汇流环的每一个环均可看作为一个由矩形同轴线构成的圆环。信号从圆环的一点输入，而从另一点输出，输入输出点之间的相对位置是随时变化的。

信号在汇流环中的传输路线图

若汇流环的环周长为S，图中下半段传输线的长度为L，上半段传输长度则为S-L，则可将该环信号作为等效并联网络进行分析，从微波网络角度来看，汇流环相当于在整个传输电路中插入了一个四端网络。对于中频信号，降低插入损耗是主要难点，当汇流环接入于信号源与负载之间时，信号传输功率的衰减量即为汇流环的插入损耗。插入损耗包括有功损耗和无功损耗。有功损耗包括介质损耗、导电环及电刷的电阻损耗和接触电阻损耗等。经计算和测试，上述这些损耗均很小，一般为0.1dB左右，而由汇流环引入的无功损耗相对较大，

从中频信号的工作原理来看，在汇流环直径和传输信号频率一定的情况下，降低汇流环插入损耗，特别是降低插入损耗在转动中的波动值成为主要的设计难点。当S≤λ/2时，汇流环的特性参数ⅹ随汇流环转角θ变化为单调上升函数，由此可推得插入损耗的极限位置，从而得出S/λ比值越大插入损耗的最大波动值越大。所以得出在S/λ一定的情况下，进一降低插入损耗的最大波动值越大成为了工程设计中急需解决的问题。经过测试研究，分析得出，若选择某使Zc 使X180与X0与的绝对值相等，符号相反。则可使插入损耗的波动值最小。

从以上分析和实测结果，只要合理选择汇流环特性阻抗值，可以将中频信号工作引起的插入损耗波动值降到最低。在工程设计中，当汇流环的传输信号频率和环心直径确定，即S/λ一定的情况下，可以利用上述方法求得最佳ZC，继而求得汇流环截面等效阻抗值，再依此为依据，选用矩形同轴线特性阻抗计算式进行结构尺寸计算和结构设计。

通过对插损指标的计算，向反椎出汇流环相关零部件的结构尺寸，结合注塑法的应用，优化设计，提高产品性能和可靠性。

参考文献：

[1]廖承恩.微波技术基础[M].西安：西安电子科技大学出版社，1994.

[2]马博渊.雷达中频汇流环的设计[J].火控雷达技术，1993，22（3）：25-31.

[3]平丽浩，黄普庆等.雷达结构与工艺[M].北京：电子工业出版社，1994.

[4]吴海平.小型雷达的结构一体化设计[J].火控雷达技术，2004，33（9）：44-46