射频同轴连接器设计要点

③与外壳做成 整 体,降 低 了 过 去 两 体 压 配 面 间 的接触电阻;
④可承受较大轴向连接压力。 (2)中 心 导 体 接 插 部 位 设 计 除了平接头以 外,所 有 射 频 同 轴 连 接 器 中 心 导 体 的 连 接 形 式 都 是 以 接 插 头 形 式 连 接 的 ,如 图 11 所 示。
SomedesignartforRFcoaxialconnectors
FengLiangping XuLan
(ShangHaiTOKO ElectronElementCo.,Ltd.201801)
Abstract:Thispaperinvestigatedreflectionproblematisolatesupportandsizeabruptofin-outconductofcoaxialconnectors,throughtheanalysisandresearchof microwavetransmittheoryand EDAdesignofHFSS.Finally,itsolvedthecompensationproblemoffourmajorreflectionsources. SomeinstancesofstructuredesignofRFcoaxialconnectorsarepresented. Keywords:RFcoaxialconnector,isolatesupports,co-planecompensative,simulateinvestigated.
(5)
K75Ω =3.04
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国外电子测量技术
第 24 卷
图8 台阶式过渡轴向错位
为了验证上述结 论,取 出 N 型 转 SMA 型 的 台 阶 过 渡处一段图,进行 仿 真 计 算,再 对 尺 寸 修 正 完 善,得 到图9所示验证结果。
图10 外导体开槽与不开槽的结构图
图9 N 型转 SMA 型的台阶过渡仿真结果
图11 接插头形式连接的中心导体
要 求 介 质 支 撑 材 料 的 密 度 一 致 性 要 好 ,一 般 情 况 下 ,
用棒材车制的比压铸介质支撑密度一致性好。
为了保证连接器内支撑段和空气段特性阻抗一
致,即同轴线每个截 面 的 特 性 阻 抗 和 所 接 电 缆 特 6/ε0rlndD
(3)
式中εr为介质支撑 的 介 电 常 数,则 50Ω 连 接 器
第24卷 第11期 2005 年 11 月
国外电子测量技术 ForeignElectronic MeasurementTechnology
Vol.24,No.11 Nov.,2005
研究与设计
射频同轴连接器设计要点
冯良平 徐 岚
(上海东光电子元件有限公司 201801)
摘 要:通过微波传输理论的分析和研究,以及高频仿真软件(HFSS)的验算,研究了射频 同轴连 接 器绝缘支撑处和内外导体尺寸突变处引起的反射问题。较好地解决了四大反射源的补偿问题。结 合 长 期 工 作 的 实 践 ,给 出 了 几 种 射 频 同 轴 连 接 器 (或 转 接 器 )的 结 构 设 计 实 例 。 关键词:射频同轴连接器 绝缘支撑 共面补偿 仿真验算
1 连接器与所连接电缆的特性阻抗必须一致
常用同轴电缆特性阻抗有两种:50Ω 和75Ω。各 种同轴电缆其特性阻抗都有公差范围,一般来讲,50Ω 软性电缆公差为±2Ω,75Ω 软性电缆公差为±3Ω,而 50Ω 半硬性电缆的特性阻抗公差在±1.5Ω 以内。
同 轴 连 接 器 的 特 性 阻 抗 (空 气 介 质 时 )为 :
Z0= /6ε00lndD
(1)
式 中 Z0 为 连 接 器 的 特 性 阻 抗;D 为 外 导 体 内 径 ;d 为 内 导 体 外 径 ;ε0 为 空 气 介 电 常 数 。
在室温和标准 气 压 下,干 燥 空 气 的 相 对 介 电 常
数ε0=1.000536,一 般 情 况 下 计 算 Z0时,都 把 ε0 值 近似取为1。则50Ω 连接器的 D/d值为:
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1lndD =Z060/εr =50 6/02.04=1.19023
D 2d
=ln-11.1902=3.29
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(4)
总 阶 梯 电 容 最 小 (如 图 2),结 构 见 图 3。
2 介质支撑的设计与共面补偿
图3 总阶梯电容最小的结构
第一部分设计时确定了连接器内部特性阻抗的 计 算 和 阻 抗 匹 配 问 题 ,从 而 大 致 就 定 下 了 结 构 尺 寸 , 然而由于介质支撑 的 出 现,支 撑 的 εr和 空 气 ε0的 差 别,要保证每个截 面 特 性 阻 抗 相 同,必 然 内、外 导 体 在结构上要设计成台阶状。常见形式有以下几种:
图1 介质支撑常见形式
从以 上 几 种 形 式 看 出,在 放 介 质 支 撑 的 地 方, 内、外导体形成了 槽,几 何 形 状 上 出 现 了 阶 梯,正 因 为 这 些 阶 梯 ,必 然 引 入 了 不 连 续 电 容 。
图2表示了图1中a、b、c不同方案下的 不 连 续 电容:
尽管在结构设 计 时 对 内、外 导 体 支 撑 处 进 行 槽 深恰当组合使得不 连 续 电 容 最 小 化,但 还 是 存 在 少 量 不 连 续 电 容 ,为 达 到 极 宽 频 带 内 剩 余 反 射 很 小 ,要 对少量不连续电容作共面补偿。共面补偿就是在出 现不连续的面上 引 进 补 偿,如 图 4 所 示。 它 是 在 图 3 的 基 础 上 进 行 了 改 进,即 在 介 质 支 撑 与 空 气 交 界 的端面上将介质挖 去 一 部 分 (构 成 圆 环 凹 槽),形 成 小电感来补偿阶梯不连续电容。
4 控制连接器的开口部尺寸
(1)连 接 器 标 准 中 的 “机 械 电 气 基 准 面 ” 这 个 面 非 常 重 要 ,它 是 在 连 接 状 态 下 承 担 轴 向 力 和电导通的基准面,又是连接器口部设计的基准面。 对 于 外 导 体 口 部 接 触 处,过 去 很 多 型 号,如 7/ 16型、N 型,都 用 弹 性 良 好 的 青 铜 材 料 做 成 开 槽 形 式,现在都改进了,采 用 黄 铜 材 料 不 开 槽 结 构 形 式, 并 与 外 壳 做 成 一 体 ,如 图 10 所 示 。 因 为 现 在 多 数 工 厂 都 有 先 进 的 数 控 车 床 ,加 工 时 能保证口部接触面与轴线很垂直,保证电接触良好。 这种结构有几个优点: ①省去了昂贵的青铜材料; ②节省了加工时间;
D d
=ln-15600=2.300902.3
(2)
为了 支 撑 和 固 定 中 心 导 体 与 外 导 体 的 相 对 位
置 ,内 外 导 体 之 间 必 须 设 计 有 介 质 支 撑 ,目 前 介 质 支
撑 材 料 有 :聚 四 氟 乙 烯 、聚 乙 烯 、聚 苯 乙 烯 。
因为介质支撑 的 重 量 对 电 性 能 影 响 极 大,这 就
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冯良平 等:射频同轴连接器设计要点
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图6 锥体过渡补偿方法
例如在7/16型 转 2.9 型,7/16 型 转 2.4 型 的 转 接 器 中 才 出 现 这 种 情 况 。 这 类 转 接 器 ,由 于 7/16 型 使 用频率比较低(如1GHz～4GHz),所 以 将 锥 体 过 渡 改为直角台阶轴向错位(图 7b),电性能(VSWR)也 近似相同。
以聚
四
氟乙
烯为
介
质时
计算
得
D比 d
值近
似
为 3.29。
作者简介:
冯 良 平 ,1997 年 前 任 国 营 767 厂 副 总 工 程 师 ,现 任 上 海 东 光 电 子 元 件 有 限 公 司 技 术 部 副 部 长 兼 品 证 部 副 部 长 。 徐 岚,2004年毕业于上海大学电子通信系,现任上海东光电子元件有限公司微波技术部技术员。
从图5仿真验算结果可清楚看出,(c)种 方案 最 好,频率在 10GHz时 VSWR 也 未 超 过 1.01,说 明 对不连续性电容补偿是有效果的。
图2 不同方案下的不连接电容
各种具体加工的方案引起的不连续电容数值是 不 一 样 的 ,采 用 恰 当 的 内 、外 导 体 槽 深 度 组 合 能 使 不 连续 电 容 减 至 最 小。 图 2 表 示 出 4FR 支 撑 端 面 不 连续电容与外导 体 槽 深 比 例 的 关 系 曲 线。 设:外 导 体内径标称尺寸是 Φ7,内导体外径标称尺 寸 为 Φ3, 并 使 支 撑 处 截 面 特 性 阻 抗 为 50Ω。 当 内 导 体 上 不 切 槽(图1中c),只在外导 体 内 径 上 切 槽,令 其 状 态 槽 为 h0,则图2中曲线表明外导体槽深h是h0的25% 左右,而 内 导 体 槽 深 度 在 保 证 其 截 面 特 性 阻 抗 为 50Ω 前提下可计算出来。这种内、外导体深度组 合,
图7 DD'=5.48锥体过渡与台阶过渡 VSWR 曲线
通 过 比 较 ,图 7(b)略 好 一 些 。
(2)台 阶 式 过 渡 轴 向 错 位 (见 图 8)
有 关 实 验 表 明,当DD'-3 时 通 常 采 用 台 阶 式 轴
向错位 Δ 的方式来补偿阶梯电容,效果比较明显。
Δ=KD'lnDD' K50Ω =3.09
图5 VSWR 与f关系曲线
3 连接器内、外导体大尺寸向小尺寸过渡问题
内、外导体大尺 寸 向 小 尺 寸 过 渡 的 结 构 形 式 在 连接器设计中经常 出 现,导 体 的 截 面 突 变 处 引 起 阶 梯 电 容 产 生 反 射 很 大 ,所 以 必 须 进 行 补 偿 。
(1)锥 体 过 渡 补 偿 方 法 (见 图 6) 这 种 过 渡 方 法 ,斜 角 α越 小 ,过 渡 段 越 长 ,加 工 越 困难,浪费原材料,而且装配时轴向尺寸也不易控制。 从 电 性 能 上 看 ,这 种 方 法 补 偿 频 带 很 窄 ,现 在 普 遍不采用。只有在DD'>5.48 情 况 下 采 用 (见 图 7),