新型大功率小型化射频连接器IEC61169-53国际标准技术解析

新型大功率小型化射频连接器IEC61169-53国际标准技术解析一种新型大功率小型化的射频连接器IEC61169-53（S7-16型）国际标准已于2015年9月由IEC/TC46国际电工委员会组织批准并发布，已成为一项正式的国际标准。本文就该标准的起草背景，以及该标准与原有同类和相近的国际标准IEC61169-4（7-16型）、IEC61169-11（4.1-9.5型）、IEC61169-54（4.3-10型）其相同与不同之处做出了分析比较与说明；同时，本文对该标准所衍生出的快插兼容及现场快速防水封装方法也作了简要介绍。一、背景该标准是于2012年由吴通控股集团股份有限公司和中国电子技术标准化研究院联合提出的。射频连接器是一种移动通信系统不可缺少的射频互连器件，又是一种端口电子元件；必须满足国际市场范围的互连互换。然而，随着近几年来全球移动通信事业的迅猛发展，其产品小型化的要求更是日趋高涨，尤其是7-16型大功率连接器的小型化，实为一个空白。但是，出于对大功率小型化的需求，业内则普遍将IEC60169-11（4.1-9.5型）射频连接器冒称为Min-DIN；随后出现的IEC60169-54（4.3-10型，其正式国际标准仍在进行中）也被称之为Min-DIN。然而，按早期1975年所发布的国际标准（IEC60169-4）所规范的7-16型射频连接器，历史上则一直简称为DIN型连接器。因此，该标准的批准和发布实属真正意义上的Min-DIN。在本文以下的分析比较中，您可以看到7-16型与S7-16其电气特性完成相同，而S7-16型与4.1-9.5型（和4.3-10型）则在电气机械等特性，以及应用场合等方面有许多不同之处，而区别这些不同对于我们高效合理的选型与应用是非常必要的。二、S7-16型射频连接器及其衍生产品S7-16型射频连接器其界面为螺纹连接的结构，其衍生产品增设了快插连接结构；其外导体内径为16mm，内导体外径为7mm，特性阻抗50Ω；当螺纹连接时为M22×1，当快插连接时为若干个滚珠，即S7-16型母头端具备螺纹刚性连接和滚珠弹性连接的双重性。两种形式的连接结构与安装方式详见图1。图1、两种形式的连接结构与方式从上述图1中可见：1、两种连接结构中的母头均为同一个构件，设置有外螺纹和滚珠槽面，支持螺纹连接（借助板手工具）和快插连接（仅单徒手）的双重性安装方式；2、在螺纹连接结构中，其电气连接为轴向刚性接触；而在快插连接中，其电气连接为径向弹性接触。3、快插连接结构应用了若干个滚珠，其连接的可靠性和快捷性有了保证；避免了三角卡簧结构在摆动拉力试验下出现脱落的现象。三、与7-16型（IEC61169-4）的差异1、主要特性方面比较详见表1。表1、S7-16型与7-16型主要特性方面的差异主要特性7-16型S7-16型特性阻抗50Ω50Ω电气接触形式刚性接触刚性接触//弹性接触频率范围7.5GHz7.5GHz@弹性接触

8.0GHz@刚性接触射频功率1.2KW@1GHz

0.85KW@2GHz1.2KW@1GHz

0.85KW@2GHz回波损耗≤20.8dB≤20.8dB屏蔽效率@1GHz≥114dB≥114dB互调@2×20W≤-168dBc≤-168dBc锁紧机构螺纹螺纹//滚珠连接机构强度≥1000N≥1000N正常连接力18N.m～28N.m18N.m～28N.m@螺纹

≤45N@滚珠连接耐力矩≥30N.m≥30N.m机械寿命≥500次≥500次防护等级IP68IP68从表1中可见：仅电气接触形式、锁紧机构和正常连接力矩不同（见表1中红字所示），其余均相同。2、外形尺寸及重量方面的比较详见表2和图2。表2、S7-16型与7-16型外形尺寸及重量方面的差异S7-16特点典型值下降或提升幅度更小的外形尺寸25.4mm×25.4mm下降20%～40%更小的体积及重量46g下降30%～40%更小的安装尺寸18.2mm×18.2mm下降27%更小的安装密度（中心距）28mm提升20%注：当不便于更改设备面板尺寸时，也可以选择不更改连接法兰安装尺寸，而仅将接口部分由7-16型升级为S7-16型即可。图2、安装密度的图示从表2和图2中可见：S7-16型连接器在外形尺寸及重量、安装中心距均有显著的下降，从而使安装密度得到了显著的提升。四、S7-16型与4.1-9.5型及4.3-10主要特性方面的差异S7-16型与4.1-9.5型和4.3-10型连接器虽然特性阻抗均为50Ω，但由于外导体内径和内导体外径—这个重要参数的不同，所以，其它射频传输特性也就大相径庭。又由于4.1-9.5型和4.3-10型的外导体内径和内导体外径基本接近，所以，其4.1-9.5型和4.3-10型的射频传输特性也基本相同。为了便于简要分析问题，我们选择S7-16型与4.3-10作出了如下对比，详见表3。表3、S7-16型与4.3-10型的差异主要特性S7-164.3-10备注特性阻抗50Ω50Ω

电气接触形式刚性接触//弹性接触弹性接触

频率范围7.5GHz@弹性接触

8.0GHz@刚性接触6.0GHz

射频功率1.2KW@1GHz

0.85KW@2GHz0.7KW@1GHz

0.5KW@2GHz

锁紧机构螺纹//滚珠螺纹//三角卡簧三角卡簧的缺陷是在摆动拉力试验中脱落。互调@2×20W≤-168dBc≤-168dBc刚性接触通常优于弹性接触。内导体接触电阻≤0.4mΩ≤0.8mΩ

外导体接触电阻≤0.2mΩ≤1.2mΩ

绝缘电阻≥10G≥5G

海平面耐电压4.0kV2.5kV

海平面工作电压2.7kV1.8kV

屏蔽效率@1GHz≥114dB≥110dB

注：由吴通控股集团研发中心推出的Q4.1-9.5型系列连接器，为原4.1-9.5（IEC61169-11）同样实现了上述图1中所描述的连接结构及安装方式。从表3可见：S7-16型与4.3-10型除特性阻抗和互调指标基本相同外，其它特性及额定值均有很大的差异。因此，其应用场合也就不同；不能将其混为一谈，以防止不合理的应用。五、S7-16增设了现场快速防水封装的设计1、实现了连接器2秒钟快速连接；2、实现了现场2秒钟全面的快速封装。3、由于实现了对连接器的全面封装，所以，可以免除对室外连接器的表面喷塑料处理，从而进一步降低了用户的成本。详见图3与图4，以及图5与图6。图3、与设备间的快速连接图4、与设备间的快速分离图5、与电缆间的快速连接图6、与电缆间的快速分离六、本文综述1、本连接器IEC61169-53具有与7-16（IEC61169-4）相同的射频传输特性，以及机械性能和环境性能，填补了现有国际标准射频连接器型谱中一项大功率小型化的空白，是真正意义上的Min-DIN，另外快插兼容Q4.1-9.5连接器也已登陆市场，为用户提供了更佳的射频互连系统解决方案。2、具有螺纹刚性接触或滚珠弹性接触的两种插合方式，改善