射频连接器选型

射频基础知识、概念【摘要】本文重点探讨关于射频的一些基础概念和知识。例如，功率、增益、插损等相当重要的性能参数；以及关于射频的一些典型门类，比如衰减器、功分器、放大器、耦合器等等。一、射频的基础知识、性能参数1、功率/电平（dBm）:放大器的输出能力，一般单位为w、mw、dBm。注：dBm是取1mw作基准值，以分贝表示的绝对功率电平。换算公式：电平（dBm）=10lgw5W一10lg5000=37dBm10W一10lg10000=40dBm20W一10lg20000=43dBm从上不难看出，功率每增加一倍，电平值增加3dBm2、增益（dB）：即放大倍数，单位可表示为分贝（dB）。艮即dB=10lgA（A为功率放大倍数）3、插损：当某一器件或部件接入传输电路后所增加的衰减，单位用dB表示。4、选择性：衡量工作频带内的增益及带外辐射的抑制能力。-3dB带宽即增益下降3dB时的带宽，-40dB、-60dB同理。5、驻波比（回波损耗）：行驻波状态时，波腹电压与波节电压之比（VSWR）附：驻波比一一回波损耗对照表：SWR01.351.401.50回波损耗（dB）211917.616.615.614.06、三阶交调：若存在两个正弦信号31和32由于非线性作用将产生许多互调分量，其中的231-32和232-31两个频率分量称为三阶交调分量，其功率P3和信号31或32的功率之比称三阶交调系数M3。即M3=10lgP3/P1（dBc）7、噪声系数：一般定义为输出信噪比与输入信噪比的比值，实际使用中化为分贝来计算。单位用dB。8、耦合度：耦合端口与输入端口的功率比，单位用dB。9、隔离度：本振或信号泄露到其他端口的功率与原有功率之比，单位dB。10、天线增益（dB）：指天线将发射功率往某一指定方向集中辐射的能力。一般把天线的最大辐射方向上的场强E与理想各向同性天线均匀辐射场场强E0相比，以功率密度增加的倍数定义为增益。Ga=E2/E0211、天线方向图：是天线辐射出的电磁波在自由空间存在的范围。方向图宽度一般是指主瓣宽度即从最大值下降一半时两点所张的夹角。E面方向图指与电场平行的平面内辐射方向图；H面方向图指与磁场平行的平面内辐射方向图。一般是方向图越宽，增益越低；方向图越窄，增益越高。12、天线前后比：指最大正向增益与最大反向增益之比，用分贝表示。13、单工：亦称单频单工制，即收发使用同一频率，由于接收和发送使用同一个频率，所以收发不能同时进行，称为单工。14、双工：亦称异频双工制，即收发使用两个不同频率，任何一方在发话的同时都能收到对方的讲话。单工、双工都属于移动通信的工作方式。15、放大器：（amplifier）用以实现信号放大的电路。16、滤波器：（filter）通过有用频率信号抑制无用频率信号的部件或设备17、衰减器：（attenuator）在相当宽的频段范围内一种相移为零、其衰减和特性阻抗均为与频率无关的常数的、由电阻元件组成的四端网络，其主要用途是调整电路中信号大小、改善阻抗匹配。功分器：进行功率分配的器件。有二、三、四….功分器；接头类型分N头（50Q）、SMA头（50Q）、和F头（75Q）三种，我们公司常用的是N头和SMA头。18、耦合器：从主干通道中提取出部分信号的器件。按耦合度大小分为5、10、15、20・・・.dB不同规格；从基站提取信号可用大功率耦合器（300W），其耦合度可从30~65dB中选用；耦合器的接头多采用N头。19、负载：终端在某一电路（如放大器）或电器输出端口，接收电功率的元/器件、部件或装置统称为负载。对负载最基本的要求是阻抗匹配和所能承受的功20、环形器：使信号单方向传输的器件.21、转接头：把不同类型的传输线连接在一起的装置。22、馈线：是传输高频电流的传输线。23、天线：（antenna）是将高频电流或波导形式的能量变换成电磁波并向规定方向发射出去或把来自一定方向的电磁波还原为高频电流。射频连接器型号选择摘要：射频连接器应接触可靠，有良好的导电绝缘性能，有足够的机械强度，插拔次数满足国际和国内有关标准的规定，考虑PCB厚度对连接器引脚长度的要求，穿孔焊接射频连接器的引脚露出板面高度N1mm，保证焊接可靠，连接信号的电缆与连接器必须保证阻抗匹配，若有EMC要求，射频连接器必须满足EMC要求。在混装射频连接器通常使用在背板互连系统中时，应注意满足以下几点：1、应优先选用C、R、M型，其外形尺寸、安装方式应符合IEC60603-2的有关规定，PCB打孔图应参照连接器参数库中的有关图样。2、欧式连接器的参照系，固定板连接器的安装面上，通过安装孔中心位置的线作为基准线。用靠近32号接触件安装孔的标称中心作为基准点。3、RF混装型的连接器，RF端子的频率范围、阻抗特性、VSWR、插入损耗、应满足一定的要求。带电源端子混装型连接器应满足一定的功率要求，安装混装连接器时必须有适当的公差和导向要求，若能实现浮动安装最好。4、选用的射频连接器应易于安装，并且所有的欧式连接器都具有相同安装特性。5、连接器应接触可靠，有良好的导电绝缘性能，有足够的机械强度，插拔次数满足国际和国内有关标准的规定。6、考虑PCB厚度对连接器引脚长度的要求，穿孔焊接连接器的引脚露出板面高度N1mm，保证焊接可靠。7、连接信号的同轴电缆与连接器必须保证阻抗匹配。8、若有EMC要求，连接器必须满足EMC要求。9、连接器的端接形式有压接、焊接PCB等几种形式，可根据实际需要进行选用。射频连接器代号说明摘要：介绍射频连接器的命名方法，通用射频连接器的主称代号采用国内、外通用的主称代号。特殊产品的主称代号由详细规范做出具体规定，如何规范的使用符号。一、射频连接器引言介绍简称为：RF连接器，通常被认为是装接在电缆上或安装在仪器上的一种元件，作为传输线电气连接或分离的元件。它属于机电一体化产品。简单的讲它主要起桥梁作用。二、射频连接器命名方法通用射频连接器的型号由主称代号和结构形式代号两部分组成，中间用短横线“-”隔开。其它需说明的情况可在详细轨范中作出规定，并用短横线与结构形式代号隔开。三、射频连接器代号说明1、17种外形代号介绍（有图片）N型：外导体内径为7mm（0.276英寸）、特性阻抗500（750）的螺纹式射频同轴连接器。（IEC169-16）BNC型：外导体内径为6.5mm（0.256英寸）、特性阻抗500的卡口锁定式射频同轴连接器。（IEC169-8）TNC型：外导体内径为6.5mm（0.256英寸）、特性阻抗500的螺纹式射频同轴连接器。（IEC169-17）SMA型：外导体内径为4.13mm（0.163英寸）、特性阻抗500的螺纹式射频同轴连接器。（IEC169-15）SMB型：外导体内径为3mm（0.12英寸）、特性阻抗500的推入锁定式射频同轴连接器。（IEC169-10）SMC型：外导体内径为3mm（0.12英寸）、特性阻抗500的螺纹式射频同轴连接器。（IEC169-9）SSMA型：外导体内径为2.79mm（0.11英寸）、特性阻抗500的螺纹式射频同轴连接器。（IEC169-18）SSMB型：外导体内径为2.08mm（0.082英寸）、特性阻抗500的推入锁定式射频同轴连接器。（IEC169-19）SSMC型：外导体内径为2.08mm（0.082英寸）、特性阻抗500的螺纹式射频同轴连接器。（IEC169-20）SC型（SC-A和SC-B型）：外导体内径为9.5mm（0.374英寸）、特性阻抗500的螺纹式（两种型号有不同类型连接螺纹）射频同轴连接器。（IEC169-21）APC7型：外导体内径为7mm（0.276英寸）、特性阻抗500的精密中型射频同轴连接器。（IEC457-2）APC3.5型：外导体内径为3.5mm（0.138英寸）、特性阻抗500的螺纹式射频同轴连接器。（IEC169-23）K型：外导体内径为2.92mm（0.115英寸）、特性阻抗500的螺纹式射频同轴连■J接^器OOS-50型：外导体内径为2.4mm（0.095英寸）、特性阻抗500的螺纹式射频同轴连接器。F型：特性阻抗750的电缆分配系统中使用的螺纹式射频同轴连接器。（IEC169-24）E型：特性阻抗750的电缆分配系统中使用的螺纹式射频同轴连接器。（IEC169-27）L型：公制螺纹式射频同轴连接器，螺纹连接尺寸在“L”后用阿拉伯数字表示。2、通用射频连接器的结构形式代号由下表所示部分组成：标准顺序分类特征代：号标志内容插头插座面板电缆3、字母代号明说：⑴插头或插座插头：T插座：Z（T）/（Z）（2）特性阻抗用相应的数字表示/50或75/⑶接触件形式插针：J插孔：KJ（K）K（J）K（J）（4）外壳形式直式：不标弯式：WW/W（5）安装形式法兰盘：F螺母：Y焊接：HF或Y或HF或Y或HF或Y或H（6）接线种类电缆：电缆代号微带：D高频带：不标电缆代号D电缆代号注：插头装插针、插座装插孔的系列，结构形式中插头和插座的代号（表中序号1）不标。插头装插孔、插座装插针的系列，用括号中的代号。赫兹应力与连接器性能简述：1989年，Kantner与Hobgood根据业界经验提出赫兹应力可以提供一与连接器性能有关的参数。Mroczkowski与Fluss提交了对此提议的鉴定。为理解此提议与鉴定，有必要作一简单的总结。1、赫兹应力1881年，赫兹提出了用于计算两接触物体接触面上应力的模型。此模型假定有如下特征：火光滑平面内的点接触大与表面尺寸相比，接触面可近似认为一点大弹性变形大无摩擦在这些假定条件下，赫兹推导出许多计算接触应力的公式，适用于多种几何形状接触表面。一简化的球面对平面公式就可满足本节讨论的需要。oH=[Fn*（E/D）2]1/3在这里，oH==赫兹应力Fn==为所施加的外力E==杨氏弹性模量D==接触区域半径此公式包括材料性能参数E、接触区大小参数D及接触力大小的设定参数F,上述几项都是独立变化项。2、赫兹应力的理论“有效性”赫兹公式用于分析弹簧的性能，并且上述的假定与此项应用有一定的关联。但对于连接器插接，情况大不相同。如第二章所述，端子接触面可以被认为是宏观接触区域的许多小的接触点。假定此描述成立的说，则假定1不成立，但接触的宏观尺寸可以满足假定2。因为独立的接触点很小，它们在标准法向力情况下就产生塑性变形，因此假定3不成立。假定4也是不成立的。出现这么多理论上的间题，赫兹公式看起来好像不适用于连接器。抛开理论上的难题，只考虑其基本思想是否可以提供某些指导。Kantner与Hobgood介绍对于复数柱状端子所采用的最小赫兹应力值为150，000psi（磅/平方英寸），此情况下，外力、连接器的典型尺寸及典型连接器材料的屈服极限都被赋予很高的值。对于高值赫兹外力（的产生）的理解存在两个方面的限制：较小的外力与凹凸不平的接触面几何形状，较大的外力与较平缓的接触面几何形状。考虑这两个极限是如何影响连接器的三个重要特性参数——接触抗力、疲劳强度及抗腐蚀能力。淤赫兹应力与接触抗力假定端子接触面宏观尺寸可以被认为一独立点，则接触抗力的Holm公式可以表示为：Rcontact=p/d（6.8）这里，Rcontact==接触抗力p==材料抗力d==接触区半径从赫兹应力观点看，d是重要的参数。用较小的外力与凹凸不平的接触面将产生”高”的接触抗力，因为接触面积相对于较小的外力会很小，同样直径相对于较小的半径会很小。相反由较大的外力对较大的接触面积将提供高应力和高应力分布区。换句话说，对于给定值的赫兹应力所产生的接触抗力的大小依靠如何得到此赫兹应力。M赫兹应力与疲劳强度从参考文献12中选取的图6.22对于接触疲劳强度同样适用。每一疲劳轨迹曲线都显示了相同的计算赫兹应力---115000psi，一个比最小推荐值小得多的值。很清楚，如6.5节所讨论的，疲劳行为也依赖于接触法向力与接触面积对赫兹应力交叉影响。^赫兹应力与接触腐蚀接触面腐蚀之接触抗力的理论分析是基于从参考文献12中选取的图6.23。图中所示两接触面处于相同的赫兹应力下，图6.23a为较小的外力与凹凸不平的触面几何形状的情形，图6.23b为较大的外力与较大的接触面积。原则上，由于两个原因，图6.23a中所示的接触面较图6.23b中所示的接触面更容易腐蚀。第一，腐蚀性气体必须经过一段较小的距离到达接触区域。第二，金属接触区域更小并且流动的更快。从上述可以看出，接触面对于腐蚀的敏感性与通过何种方式达到定值赫兹应力有关。总结兹应前述的讨论揭示了赫兹应力并不是连接器性能的良好体现者，因为认识到虽然定值的赫力对于连接器的三个主要特性接触抗力、疲劳强度及抗腐蚀能力有着显著的影响。连接器特性对于设计变量的敏感性已经在上一节的实验研究中被着重强调了。连接器的卷曲连接技术摘要：卷曲连接是将要讨论到的技术中最古老的一个，它可以追溯到十九世纪四十年代。卷曲连接要求一个卷曲的连接系统，其包括：1、导线2、端子3、卷曲工具卷曲连接技术出现之后，对于这样一个系统的需求变得十分明显(apparent)。图9.1示出了卷曲连接的一个横断面。由提示可知，该横断面包含了卷曲连接技术的基本原理。(note未做翻译)所有的导体束在其它导体束或卷曲桶作用下都发生了变形。这些大量的接触面积包含了金属接触面，而这种金属面对于产生低接触电阻是必需的。接触面完整性的维持是通过对包围导体束的卷曲桶的变形的控制来达到的，以达到建立有压缩力(compressive)的残余应力的分布。这种变形是由导体和端子的尺寸及卷曲工具的几何形状决定的，这就是卷曲系统为何如此重要的原因。图9.1所示的卷曲连接是由图9.2所示的手工卷曲工具完成的。图中所示的卷曲连接的横断面及卷曲工具可以追溯到1941年。注意(note)卷曲工具具有两个向内弯曲(machinedintothetool)的不同的卷曲dies,以接收该工具为电线所设计的两种不同的尺寸。对于两个导线尺寸中的任何一个，两个dies对于确保导体/卷曲桶进行适当的变形是必要的。卷曲系统的每一部分都将予以分别讨论。RF连接器电缆的选型摘要：R^连接器的回他电缆的种类很多，选定的电缆取决于指定的应用和环境，它的选型应从以下几个方面考虑：1、电缆的工作频率应满足使用要求；2、电缆的特性阻抗应和选用的连接器相匹配；3、电缆在使用的频率范围内的衰减应最小；4、在频带内电缆的驻波比应尽可能小；5、电缆在选用的长度内其特性阻抗应均匀一致；6、电缆应足够的功率容量，满足使用要求；7、电缆应有良好的屏蔽性能；8、RF同轴电缆的内导体通常要有较好的电气特性、一定的机械强度和柔软性。实心内导体电气性能好、结构简单、加工方便、成本低廉，因此使用十分普遍，其缺点是尺寸较大时，柔软性变差，重量也大，因而不能用于电缆线径较大、柔软性要求很高的使用场合。为了减少电缆的损耗，提高电缆的耐高温能力以及机械强度，通常都采用镀银铜线、铜包钢、铜包铝等作为内导体；绞线内导体提高了柔软性，其缺点是增大了电阻损耗，而且增大了成本；皱纹管内导体可改善导体的弯曲性能以及导体的横方向上的截面稳定性，缺点是其射频电阻增大；9、绝缘是射频电缆的重要组成部分，对降低电缆的衰减、提高功率容量、减少波阻抗不均匀性以及增加机械结构稳定性等，都有非常大的影响。实心绝缘的优点是耐电强度高、机械强度高、热阻小以及结构稳定。缺点是介质材料多，介电常数大，特别是当频率很高时，电缆的衰减较大；空气绝缘具有低衰减、大功率、宽频带等使用优点，其缺点是耐电压较低，另外，由于外导体通常采用管状结构，因此柔软性较差；半空气绝缘电缆的损耗比空气绝缘大，但比实心绝缘仍有很大改进；其耐电强度比空气绝缘有所改进。在机械性能上，半空气绝缘结构允许采用编织之类的柔软外导体，因此电缆的柔软性要比空气绝缘好得多。10、同轴射频电缆的外导体起着回路和屏蔽双重作用，有时还充当护套。外导体的结构有编织、管状、绞合、镀层等型式。编织外导体是由多根细导线相互交替地编织而成，其柔软性很好，可广泛用于各种柔软或半柔软电缆。为提高其屏蔽性能，采用二层或多层编织的外导体结构，当其编织层之间有绝缘隔开时，其屏蔽性能还可进一步改善；铜管或铝管外导体是电气上最理想的结构，它具有

低的电阻，优秀的屏蔽性，而且机械强度好、密封防潮性好。其缺点是柔软性太差，不能承受多次弯曲，敷设和使用不方便。这种外导体结构通常用于电气性能要求较高的空气或半空气绝缘电缆。皱纹管外导体是上述光管外导体的改进结构，通过在光铜管或铝管上压出螺旋形或环形皱纹，可以大大改善其弯曲性能，并且增大横向抗压强度；11、电缆护套的作用是保护电缆免受机械损伤、防潮、防腐蚀、防护热、光等外界环境因素的影响。护套材料是根据电缆使用的环境要求来选择的。对护套材料的要求是坚固、稳定、柔软、不透潮气，并有抗污染、化学、辐射、热、腐蚀、霉菌和阻燃烧等能力。聚氯乙烯护套具有良好的耐磨性、能抵抗油、酸、碱、菌、潮气及日光照射等，并且对火焰的作用有自灭性能。聚氯乙烯护套的最低工作温度可达-40°C，而最高温度为65°C。耐高温聚氯乙烯护套可提高到105°C，但其耐低温性会变差；聚乙烯塑料中也可以添加氧化锑之类的阻燃剂来制成阻燃、无烟、无卤的护套而获得广泛使用。聚乙烯护套的耐低温性很好，可用到-55C；概述微波利射甄涟接据的品种卯常斜而［•廊年仍宥新的品种谨冬作为低驻波比的械波同轼也常的连被址俗.微波性接粉W.本功能是作:为时Z的拄火井科小盐丹裁［的微技器朴TII电路扳的接l：：L绝大部分微波传输来用5口口特性团抗’也有部分暮统来用75口特性阻捕口在本文中.除不特剧说明.均指路口特性甜抗。接头的基本结构固1接头的基本结构固1表示了-m波凌头的姑本结构，除了一种特例(7mm接头)以外，嗤头总是由完全股限的一对插头(Mala)和捕座(Female)纱成，注宜接头的属牲便针对『内学体而左而非外剁也技中插头旱行状.而插座她呈乱状、见图M微波连接器的内导体诚常呆用健金的锻钢制成，这种材料有良好的恢短性能】四外早体可用鞭和不锈钢材料，在规定的办?忙常用连接卷的神类和工作频率众所周物，任何曜轴传肺畿邪有4栽」卜撅率,撤波连接器由皇如此.微波理接器的工作倾率不会超过jifiiii-频率，通常.微波连裱璧/濒卓竖其渣论截止频率的95%,连接器的工作频率取决于其善耨*潘读说，外异体的尺寸越小,连接器的：I'.作珈率•越站而填充介质的介电常数•皤值,r作城率也越高’插入损耗越低。下.胞者的寿命为500次,而后者为1000次.起试品下.胞者的寿命为500次,而后者为1000次.起试品连接器的性能指标井■下降…，X图伯插-L〔右）和揣率（:左f响•般束说.接条的成本随着使用频率极限的增加而增加*此丹，空气介质的接头的成本要太大的高于PTFE介质的接弟这看上去有些不大容易理解，但是只要仔细研究空气介质的接义中.内导体是如何祓支拌的就可以得到答案了。采用空气介咸是为了提高接头的哉止频率.表1列出f常用微波连接摧的性能BH化插头和询州汀接.5：打相佝.表t-燃地的微波相射魏连接器接头名称最高馈率弁值描述，特点利来所N普通型11GHz.械密型18GHzPTFE起源于20世纪40年代，由其吱明者PaulNeill的名字命孙起初的一「仰甄率.为4GHz，到了60年代后改艮为11GHz.精密型甫工作到1&GHZ.是世用最为广涵的连接器之F有50^和75Q二科现裕nN型类似于中国标准的L16.但是二亨否能兼容，需要专用的N-L16蒋接器，BNC普通梨4GHz蜀密型3GH1PTFE&T20Ht纪驰年代，莉:为插入式r卡11"的N塑连接器“常JH于低颇电职中.嘉中国标流的09理，但不完全兼容.TNC•晋通型11GHz席密型16GHzP7FE▲BNC的改良型:，具顾率简性和N刈某本相|土TMC接头右着良好的抗耘性除APC-7，ZiTirril&GHzFIFE是渥于世纪6。年代.AmphcndML无械性.尺斯彳一利16GHz的还按.器中驼波最低的。常哽湖f京折此HN4GHzJtPTFE胡漏尚田迎核器m椅MkVii勺也出，尺寸嘻型，怛其功率容量更大.

LC>cff-TFE时』鬲-炽连接器一It功率容MJ；I'HN.LO和HZ*川1j大功