一种宇航用大功率TNC连接器及其装配方法与流程

本发明属于微波射频无源器件技术领域，尤其涉及一种宇航用大功率TNC连接器及其装配方法。

背景技术：

现有TNC(Threaded Neill-Concelman,尼尔-康塞曼螺纹口)连接器一般采用传统的连接器结构，绝缘层材料出于成本控制一般未采用能够耐受宇航用极高温、极低温、辐照的工程材料，不能满足高低温突变、高辐射空间环境及真空状态下传输大功率的使用要求；并且多采用大面积空气腔体作为微波传输载体，在传输超过100W的大功率信号下易产生微放电现象，对连接器造成不可逆的损害，从而降低了整个产品的可靠性。因此，亟需设计一种改良结构的大功率TNC连接器，以提高整个天线系统的性能和可靠性。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种宇航用大功率TNC连接器及其装配方法，在保证优良微波传输参数的基础上实现TNC连接器的高可靠耐空间环境性能。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种宇航用大功率TNC连接器，包括：中心线位于同一轴线上的插孔(1)、第一压套(2)、第二压套(5)、内绝缘子(3)、第一外绝缘子(6)、第二外绝缘子(4)、套管(7)和壳体(8)；其中，所述插孔(1)包括：中心槽(102)，以及设置在所述中心槽(102)两侧的第一中心孔(101)和第二中心孔(103)；

所述内绝缘子(3)嵌入在所述中心槽(102)中，通过所述第一压套(2)压入至套管(7)；

所述第一中心孔(101)内嵌在所述第一外绝缘子(6)内，所述第二中心孔(103)内嵌在所述第二外绝缘子(4)内；其中，所述第一外绝缘子(6)和第二外绝缘子(4)分别设置在所述内绝缘子(3)两侧；

所述第一压套(2)设置在所述第一外绝缘子(6)的外侧、所述第一外绝缘子(6)与所述壳体(8)之间；所述第二压套(5)设置在所述第二外绝缘子(4)的外侧、所述第二外绝缘子(4)与所述壳体(8)之间。

在所述宇航用大功率TNC连接器中，所述内绝缘子(3)包括：由内至外布置的内绝缘子内孔(35)、内绝缘子内环台阶(32)、内绝缘子环槽(33)和内绝缘子外环台阶(31)；

所述套管(7)包括：套管外台阶(71)、套管外壁(72)、套管内台阶面(73)和套管内孔(74)；

所述第一外绝缘子(6)包括：第一外绝缘子外凸台(61)、第一外绝缘子台阶(62)、第一外绝缘子前台阶面(63)、第一外绝缘子内孔(64)和第一外绝缘子外壁(65)；

所述第二外绝缘子(4)包括：第二外绝缘子外凸台(41)、第二外绝缘子台阶(42)、第二外绝缘子前台阶面(43)、第二外绝缘子内孔(44)和第二外绝缘子外壁(45)；

所述壳体(8)包括：顺序布置的第一腔体(85)、壳体中心孔(87)和第二腔体(89)；其中，所述第一腔体(85)和第二腔体(89)与壳体中心孔(87)之间分别形成壳体第一内台阶面(86)与壳体第二内台阶面(88)。

在所述宇航用大功率TNC连接器中，所述内绝缘子(3)由上下两部分构成；所述上下两部分形成所述内绝缘子内孔(35)；

所述内绝缘子(3)的上下两部分通过所述内绝缘子内孔(35)嵌入至插孔(1)的中心槽(102)之后对接。

在所述宇航用大功率TNC连接器中，所述套管(7)设置在所述第一腔体(85)内、所述内绝缘子(3)的外侧；

其中，所述套管外台阶(71)与壳体第一内台阶面(86)接触；所述套管外壁(72)与所述第一腔体(85)的内壁接触、过盈压配；所述套管内台阶面(73)与所述内绝缘子外环台阶(31)接触。

在所述宇航用大功率TNC连接器中，所述内绝缘子(3)还包括：对称设置在所述内绝缘子环槽(33)对面的内绝缘子对面环槽；

在所述套管(7)的一侧，所述第一外绝缘子台阶(62)穿过套管内孔(74)嵌入在所述内绝缘子环槽(33)内；其中，所述第一外绝缘子前台阶面(63)与所述内绝缘子环槽(33)的槽面接触；

在所述套管(7)的另一侧，所述第二外绝缘子台阶(42)穿过壳体中心孔(87)嵌入在所述内绝缘子对面环槽内；其中，所述第二外绝缘子前台阶面(43)与所述内绝缘子对面环槽的槽面接触。

在所述宇航用大功率TNC连接器中，所述第一压套(2)包括：第一压套坡面(21)、第一压套前端面(22)、第一压套外壁(23)、第一压套内壁(24)和第一压套内环面(25)；

所述第二压套(5)包括：第二压套坡面(51)、第二压套前端面(52)、第二压套外壁(53)、第二压套内壁(54)和第二压套内环面(55)；

其中，

所述第一压套(2)设置在所述第一腔体(85)内、所述第一外绝缘子(6)的外侧；其中，所述第一压套前端面(22)与套管(7)接触；所述第一压套内壁(24)与所述第一外绝缘子外壁(65)接触；所述第一压套内环面(25)与所述第一外绝缘子外凸台(61)接触；所述第一压套外壁(23)与所述第一腔体(85)内壁接触、过盈压配；

所述第二压套(5)设置在所述第二腔体(89)内、所述第二外绝缘子(4)的外侧；其中，所述第二压套前端面(52)与壳体第二内台阶面(88)接触；所述第二压套内壁(54)与所述第二外绝缘子外壁(45)接触；所述第二压套内环面(55)与所述第二外绝缘子外凸台(41)接触；所述第二压套外壁(53)与所述第二腔体(89)内壁接触、过盈压配。

在所述宇航用大功率TNC连接器中，所述第一中心孔(101)设置在所述第一外绝缘子内孔(64)内；其中，所述第一外绝缘子内孔(64)与所述第一中心孔(101)过渡压配；

所述第二中心孔(103)设置在所述第二外绝缘子内孔(44)内；其中，所述第二外绝缘子内孔(44)与所述第二中心孔(103)过渡压配。

在所述宇航用大功率TNC连接器中，所述内绝缘子(3)还包括：第一槽孔(34)和第二槽孔(36)；其中，所述第一槽孔(34)和第二槽孔(36)设置在所述内绝缘子内环台阶(32)上；

所述壳体(8)还包括：顺序布置的第一螺纹台阶(81)、法兰(83)和第二螺纹台阶(84)；以及，第一排气通孔(82)、第二排气通孔(80)和四个安装孔；其中，所述第一螺纹台阶(81)和所述第二螺纹台阶(84)连接外接件；所述第一排气通孔(82)和第二排气通孔(80)分别设置在所述法兰(83)的左右两侧、所述壳体(8)的外壁上；所述四个安装孔均布在所述法兰(83)的四个对角位置。

在所述宇航用大功率TNC连接器中，所述第一中心孔(101)和第二中心孔(103)为四瓣开槽弹性收口结构；其中，所述第一中心孔(101)和第二中心孔(103)的四瓣开槽的槽宽为0.2mm±0.01mm，槽深为5.0mm±0.1mm；

所述第一外绝缘子(6)和所述第二外绝缘子(4)均为聚三氟氯乙烯材料构件；所述内绝缘子(3)为聚醚酰亚胺构件。

本发明还公开了一种宇航用大功率TNC连接器的装配方法，包括：

将内绝缘子沿轴线对切，等分成上下两部分；

将内绝缘子的上下两部分通过内绝缘子内孔嵌入至插孔的中心槽之后对接；

将与插孔相嵌的内绝缘子通过第一压套压入套管；

将完成连接的插孔、内绝缘子和套管，从壳体的第一腔体侧穿入；

将插孔的中心槽两侧的第一中心孔和第二中心孔分别与第一外绝缘子和第二外绝缘子进行过渡压配；其中，当过渡压配完成后，所述第一外绝缘子和第二外绝缘子的端面分别与第一中心孔和第二中心孔的端面应平齐；

将第一压套与第二压套分别从壳体两侧的第一腔体和第二腔体压入，使用工装进行压紧，使连接器内各零部件紧密压配。

本发明具有以下优点：

(1)本发明采用内绝缘子、第一外绝缘子和第二外绝缘子三段不同材料及结构的绝缘子作为连接器的内部结构，相对于传统的一体式绝缘子的连接器结构，本发明所述的宇航用大功率TNC连接器的机械性能以及耐真空微放电性能得到了显著提高，本发明所述的宇航用大功率TNC连接器具有高可靠性。

(2)本发明的第一绝缘子与第二外绝缘子前端在安装到位后嵌入内绝缘子环槽中，第一外绝缘子和第二外绝缘子分别与内绝缘子的接触面形成折线迷宫结构，可有效增加爬电距离，利于提高连接器高低温交变环境下的防真空微放电和防低气压放电能力，降低了真空大功率下发生微放电的风险，可在高真空环境下容纳较大功率，实现空间位置TNC接口间的连接。

(3)本发明采用的插孔的两端分别包括一个四瓣开槽弹性收口结构的中心孔，在待对接的公头TNC连接器的插针插入中心孔之后，中心孔在外部连接螺母与壳体的螺纹的咬合过程中不断收紧，从而抓紧公头TNC连接器的插针，有利于防止温度交变过程中公头TNC连接器的插针与插孔1的热胀冷缩，使得本发明具有良好的耐高低温交变性能。

(4)本发明所述的宇航用大功率TNC连接器与传统的TNC连接器相比，由于采用了宇航用工程材料，采用了多绝缘子电容阶跃补偿结构设计，并且设计有绝缘子相互嵌套的折线迷宫结构，因此工作频带更宽，功率更高，微波传输性能及耐空间环境性能更好。本发明所述的宇航用大功率TNC连接器的工作频率可以为DC～18GHz，驻波比小于1.25，额定功率为150W，工作温度为-100℃～+125℃，可在高真空环境下工作，实现空间任意位置TNC接口间的连接。

附图说明

图1是本发明实施例中一种宇航用大功率TNC连接器的剖面结构示意图；

图2是本发明实施例中一种宇航用大功率TNC连接器的装配示意图；

图3是本发明实施例中一种内绝缘子的结构示意图；

图4是本发明实施例中一种套管的结构示意图；

图5是本发明实施例中一种外绝缘子的结构示意图；

图6是本发明实施例中一种压套的结构示意图；

图7是本发明实施例中一种壳体的剖面结构示意图；

图8是本发明实施例中一种壳体的外部结构示意图；

图9是本发明实施例中一种宇航用舱外大功率TNC连接器的装配方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公共的实施方式作进一步详细描述。

参照图1，示出了本发明实施例中一种宇航用大功率TNC连接器的剖面结构示意图。参照图2，示出了本发明实施例中一种宇航用大功率TNC连接器的装配示意图。结合图1和图2，在本实施例中，所述宇航用大功率TNC连接器包括：中心线位于同一轴线上的插孔1、第一压套2、第二压套5、内绝缘子3、第一外绝缘子6、第二外绝缘子4、套管7和壳体8。其中，插孔1、第一压套2、第二压套5、内绝缘子3、第一外绝缘子6、第二外绝缘子4以及套管7按装配顺序依次压入壳体8中。

其中，如图2，所述插孔1可以包括：中心槽102，以及设置在所述中心槽102两侧的第一中心孔101和第二中心孔103。所述第一中心孔101和第二中心孔103，用于与对接的公头TNC连接器的插针电气互联。优选的，所述第一中心孔101和第二中心孔103结构相同，均为四瓣开槽弹性收口结构。在待对接的公头TNC连接器的插针插入中心孔(第一中心孔101和第二中心孔103)之后，中心孔(第一中心孔101和第二中心孔103)在外部连接螺母与壳体8的螺纹(第一螺纹台阶81或第二螺纹台阶84)的咬合过程中不断收紧，从而抓紧公头TNC连接器的插针，有利于防止温度交变过程中公头TNC连接器的插针与插孔1的热胀冷缩，使得本发明具有良好的耐高低温交变性能。其中，所述四瓣开槽的尺寸可以但不仅限于为：槽宽0.2mm±0.01mm，槽深5.0mm±0.1mm。

在本实施例中，所述内绝缘子3嵌入在所述中心槽102中，通过所述第一压套2压入至套管7。所述第一压套2设置在所述第一外绝缘子6的外侧、所述第一外绝缘子6与所述壳体8之间；所述第二压套5设置在所述第二外绝缘子4的外侧、所述第二外绝缘子4与所述壳体8之间。

在本实施例中，所述宇航用大功率TNC连接器的各个零部件的具体结构可以参照如下各图所示：

参照图3，示出了本发明实施例中一种内绝缘子的结构示意图。如图3，所述内绝缘子3可以包括：由内至外布置的内绝缘子内孔35、内绝缘子内环台阶32、内绝缘子环槽33和内绝缘子外环台阶31。

参照图4，示出了本发明实施例中一种套管的结构示意图。如图4，所述套管7可以包括：套管外台阶71、套管外壁72、套管内台阶面73和套管内孔74。

参照图5，示出了本发明实施例中一种外绝缘子的结构示意图。如图5，第一外绝缘子6可以包括：第一外绝缘子外凸台61、第一外绝缘子台阶62、第一外绝缘子前台阶面63、第一外绝缘子内孔64和第一外绝缘子外壁65。需要说明的是，在本实施例中，第一外绝缘子6和第二外绝缘子4的结构完全相同(外形尺寸完全一致)，故，第二外绝缘子4的具体结构也可以参照图5所示，包括：第二外绝缘子外凸台41、第二外绝缘子台阶42、第二外绝缘子前台阶面43、第二外绝缘子内孔44和第二外绝缘子外壁45。

参照图6，示出了本发明实施例中一种压套的结构示意图。如图6，第一压套2包括：第一压套坡面21、第一压套前端面22、第一压套外壁23、第一压套内壁24和第一压套内环面25。需要说明的是，在本实施例中，第一压套2和第二压套5的结构完全相同(外形尺寸完全一致)，故，第第二压套5的具体结构也可以参照图6所示，包括：第二压套坡面51、第二压套前端面52、第二压套外壁53、第二压套内壁54和第二压套内环面55。

参照图7，示出了本发明实施例中一种壳体的剖面结构示意图。如图7，所述壳体8包括：顺序布置的第一腔体85、壳体中心孔87和第二腔体89。其中，所述第一腔体85和第二腔体89与壳体中心孔87之间分别形成壳体第一内台阶面86与壳体第二内台阶面88。

此外，参照图8，示出了本发明实施例中一种壳体的外部结构示意图。在本实施例中，所述壳体8还可以包括：顺序布置的第一螺纹台阶81、法兰83和第二螺纹台阶84；以及，第一排气通孔82、第二排气通孔80和四个安装孔(如图8所示的第一安装孔831)。其中，第一螺纹台阶81和所述第二螺纹台阶84可以用于连接外接件(如，通过连接螺母与公头TNC连接器连接)；所述第一排气通孔82和第二排气通孔80分别设置在所述法兰83的左右两侧、所述壳体8的外壁上；所述四个安装孔均布在所述法兰83的四个对角位置。需要说明的是，在本实施例中，排气通孔的作用在于：当所述宇航用舱外大功率TNC连接器处于宇航真空条件下工作时，辐射会导致非金属元件(如绝缘子)产生热真空释气效应。此时可以通过排气通孔将释气从所述宇航用舱外大功率TNC连接器中释放，以防止释气在所述宇航用舱外大功率TNC连接器内部产生凝结，对所述宇航用舱外大功率TNC连接器造成永久性的不可逆损伤，影响微波信号传输。

基于上述描述的各个零部件的具体结构，下面对各个零部件之间的具体连接关系进行详细说明。

(1)针对内绝缘子3的连接：

在本发明的一优选实施例中，参照图3，所述内绝缘子3由上下两部分构成；所述上下两部分形成所述内绝缘子内孔35。结合图2和3，所述内绝缘子3的上下两部分通过所述内绝缘子内孔35嵌入至插孔1的中心槽102之后对接。

进一步优选的，在本实施例中，如图3，所述内绝缘子3还可以包括：第一槽孔34和第二槽孔36。其中，所述第一槽孔34和第二槽孔36设置在所述内绝缘子内环台阶32上。所述第一槽孔34和第二槽孔36，用于电容补偿。内绝缘子3的电容值与体积有关，槽孔(第一槽孔34和第二槽孔36)可有效优化所述宇航用舱外大功率TNC连接器的信号传输介质的不连续阶跃电容的阻抗匹配。

(2)针对套管7的连接：

在本发明的一优选实施例中，结合图1、4和7，套管7设置在所述壳体8的第一腔体85内、所述内绝缘子3的外侧。

在本实施例中，所述套管外台阶71与壳体第一内台阶面86接触；所述套管外壁72与所述第一腔体85的内壁接触、过盈压配(确保使套管7与壳体8之间无间隙压紧)；所述套管内台阶面73与所述内绝缘子外环台阶31接触。

(3)针对外绝缘子(第一外绝缘子6和第二外绝缘子4)的连接：

在本发明的一优选实施例中，结合图1、3、4和5，其中，需要说明的是，内绝缘子3还包括图3中未示出的对称设置在所述内绝缘子环槽33背面的内绝缘子对面环槽。

在本实施例中，第一外绝缘子6和第二外绝缘子4分别设置在套管7的左右两侧。

在所述套管7的一侧(图1中的左侧)，所述第一外绝缘子台阶62穿过套管内孔74嵌入在所述内绝缘子环槽33内；其中，所述第一外绝缘子前台阶面63与所述内绝缘子环槽33的槽面接触。在所述套管7的另一侧(图1中的右侧)，所述第二外绝缘子台阶42穿过壳体中心孔87嵌入在所述内绝缘子对面环槽内；其中，所述第二外绝缘子前台阶面43与所述内绝缘子对面环槽的槽面接触。

需要说明的是，当所述第一外绝缘子6和第二外绝缘子4安装到位后，如图1所示，第一外绝缘子6和第二外绝缘子4分别与内绝缘子3的接触面形成折线迷宫结构。此折线迷宫结构可在当真空微放电发生时，增大沿面爬电距离，阻碍微放电的发展，可有效抑制真空微放电造成的危害。

在本发明的另一优选实施例中，结合图1、2和5，在本实施例中，第一中心孔101设置在所述第一外绝缘子内孔64内；其中，所述第一外绝缘子内孔64与所述第一中心孔101过渡压配(确保第一外绝缘子6与插孔1的插接不会引起零件的形变，从而保证良好的同轴度)。所述第二中心孔103设置在所述第二外绝缘子内孔44内；其中，所述第二外绝缘子内孔44与所述第二中心孔103过渡压配(确保第二外绝缘子4与插孔1的插接不会引起零件的形变，从而保证良好的同轴度)。

(4)针对压套(第一压套2和第二压套5)的连接：

在本发明的一优选实施例中，结合图1、5、6和7，在本实施例中，第一压套2设置在所述第一腔体85内、所述第一外绝缘子6的外侧。所述第一压套前端面22与套管7接触；所述第一压套内壁24与所述第一外绝缘子外壁65接触；所述第一压套内环面25与所述第一外绝缘子外凸台61接触；所述第一压套外壁23与所述第一腔体85内壁接触、过盈压配(确保第一压套2与壳体8之间无间隙压紧)。

第二压套5设置在所述第二腔体89内、所述第二外绝缘子4的外侧；其中，所述第二压套前端面52与壳体第二内台阶面88接触；所述第二压套内壁54与所述第二外绝缘子外壁45接触；所述第二压套内环面55与所述第二外绝缘子外凸台41接触；所述第二压套外壁53与所述第二腔体89内壁接触、过盈压配(确保第二压套5与壳体8之间无间隙压紧)。

其中，如图6，第一压套坡面21设置在第一压套2的前端，便于第一压套2沿壳体8的第一腔体85压入壳体。同样的，第二压套坡面51设置在第二压套5的前端，便于第二压套5沿壳体8的第二腔体89压入壳体。第一压套2与第二压套5的相对压紧保证了所述宇航用大功率TNC连接器内部各零部件的有效紧密接触。

在本实施例中，需要说明的是，第一外绝缘子6和所述第二外绝缘子4均可以是聚三氟氯乙烯材料构件；内绝缘子3可以是聚醚酰亚胺构件。

结合上述实施例，下面对所述宇航用舱外大功率TNC连接器的装配流程进行简单介绍：

参照图9，示出了本发明实施例中一种宇航用舱外大功率TNC连接器的装配方法的步骤流程图。在本实施例中，所述宇航用大功率TNC连接器的装配方法可以包括：

步骤901，将内绝缘子沿轴线对切，等分成上下两部分。

步骤902，将内绝缘子的上下两部分通过内绝缘子内孔嵌入至插孔的中心槽之后对接。

步骤903，将与插孔相嵌的内绝缘子通过第一压套压入套管。

步骤904，将完成连接的插孔、内绝缘子和套管，从壳体的第一腔体侧穿入。

步骤905，将插孔的中心槽两侧的第一中心孔和第二中心孔分别与第一外绝缘子和第二外绝缘子进行过渡压配。

在本实施例中，当过渡压配完成后，所述第一外绝缘子和第二外绝缘子的端面分别与第一中心孔和第二中心孔的端面应平齐。

步骤906，将第一压套与第二压套分别从壳体两侧的第一腔体和第二腔体压入，使用工装进行压紧，使连接器内各零部件紧密压配。

在本实施例中，当所有零部件安装到位后，插孔、第一压套、第二压套、内绝缘子、第一外绝缘子、第二外绝缘子、套管以及壳体的中心线均在同一轴线上。

综上所述，本发明采用内绝缘子、第一外绝缘子和第二外绝缘子三段不同材料及结构的绝缘子作为连接器的内部结构，相对于传统的一体式绝缘子的连接器结构，本发明所述的宇航用大功率TNC连接器的机械性能以及耐真空微放电性能得到了显著提高，本发明所述的宇航用大功率TNC连接器具有高可靠性。

其次，发明的第一绝缘子与第二外绝缘子前端在安装到位后嵌入内绝缘子环槽中，第一外绝缘子和第二外绝缘子分别与内绝缘子的接触面形成折线迷宫结构，可有效增加爬电距离，利于提高连接器高低温交变环境下的防真空微放电和防低气压放电能力，降低了真空大功率下发生微放电的风险，可在高真空环境下容纳较大功率，实现空间位置TNC接口间的连接。

再次，本发明采用的插孔的两端分别包括一个四瓣开槽弹性收口结构的中心孔，在待对接的公头TNC连接器的插针插入中心孔之后，中心孔在外部连接螺母与壳体的螺纹的咬合过程中不断收紧，从而抓紧公头TNC连接器的插针，有利于防止温度交变过程中公头TNC连接器的插针与插孔1的热胀冷缩，使得本发明具有良好的耐高低温交变性能。

此外，本发明所述的宇航用大功率TNC连接器与传统的TNC连接器相比，由于采用了宇航用工程材料，采用了多绝缘子电容阶跃补偿结构设计，并且设计有绝缘子相互嵌套的折线迷宫结构，因此工作频带更宽，功率更高，微波传输性能及耐空间环境性能更好。本发明所述的宇航用大功率TNC连接器的工作频率可以为DC～18GHz，驻波比小于1.25，额定功率为150W，工作温度为-100℃～+125℃，可在高真空环境下工作，实现空间任意位置TNC接口间的连接。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。