【正文】 （V/cm）Um：內(nèi)外導(dǎo)體間的峰值電壓1傳輸線的最大工作電壓 U（單位：伏特，50HZ有效值） E的值由絕緣材料的特性確定，單位（伏特/cm）表5絕緣材料E（V/cm）空氣30000空氣+聚四氟乙烯5000空氣+聚乙烯5000單層聚四氟乙烯40000單層聚乙烯500001同軸傳輸線的最大電暈強度 Pc 式中：U：最大工作電壓 （V，50HZ有效值）P1：同軸線內(nèi)空氣壓力P0：正常大氣壓P1/P0：只有一部分介質(zhì)是由干燥空氣時才考慮，否則為11同軸傳輸線允許傳輸?shù)钠骄β? Pm （瓦）式中：ρ0：外導(dǎo)體的熱擴散系數(shù) （W/cm2）D′：外導(dǎo)體（殼體）的外徑 （cm）β：總衰減， （dB/cm）k：反射的系數(shù) （頻率大于500MHZ時）ρ0的值： 表6D′（mm）ρ0（W/cm2）1020≈40≈80≈1傳輸功率 P （μr設(shè)為1）同軸線的電壓駐波比（VSWR）為S時，傳輸最大平均功率Pmax1介質(zhì)支撐設(shè)計公式（1）等效介電常數(shù)(εe)的計算公式當(dāng)有2種或2種以上的介質(zhì)構(gòu)成的支撐件，則其等效介電常數(shù)的計算方法如下：a. 同軸分布的非單一介質(zhì) 圖2b. 基本對稱分布的二種介質(zhì)εε2：二種介質(zhì)的介電常數(shù)V2：對應(yīng)ε2介質(zhì)的體積之和V總：二種介質(zhì)的總體積之和 圖3若ε2為空氣（即去除部分固體介質(zhì)材料）則（2）介質(zhì)支撐件的設(shè)計公式（見圖4）當(dāng)在均勻介質(zhì)的同軸線中，有限長度的非相同介質(zhì)的支撐件會引起TEM波的激勵（高次模），影響同軸傳輸線的截止頻率和傳輸性能，但在射頻同軸連接器設(shè)計中，基本上不可避免地存在有限長度非相同介質(zhì)支撐件（除半硬電纜直通型自由端連接器）。因此，設(shè)計、制造出優(yōu)良的介質(zhì)支撐件是保障連接器高性能的基礎(chǔ)。①支撐件的厚度（B）a、B＜D1d B≥2D D1是支撐件的外徑b、B引起高次模的關(guān)系式為 λg：工作波長； f：工作頻率②支撐件外徑、內(nèi)孔徑計算（Dd1）D1=2h+D注：h為支撐件外鑲槽的深度 圖4h0是設(shè)內(nèi)導(dǎo)體不變，則支撐件外鑲槽的深度③支撐件端面補償?shù)挠嬎悖é?、dD2）（共面補償）d2=1～ 選取D2=～1D 選取計算Δ：a、 計算AA截面等效介電常數(shù)εeb、 計算等位參考面直徑D′c、 計算外導(dǎo)體直徑變化引起的不連續(xù)電容Cd1 內(nèi)導(dǎo)體直徑變化引起的不連續(xù)電容Cd2 不連續(xù)電容 k為修正系數(shù)，k=d、注：具體計算應(yīng)注意量綱的統(tǒng)一 Δ的計算值是一個參考值、應(yīng)進行實測修正，也可直接用實驗方法確定。制造公差應(yīng)盡可能小，但可在保證Dd1和B的尺寸精度下，控制重量一致的方法。1同軸變截面補償設(shè)計（1）臺階式變截面（錯位補償）① 介質(zhì)相同 εr =1② 時 Z0=50Ω k=Z0=60Ω k=Z0=75Ω k=③ 時 （2）錐形變截面 介質(zhì)相同 εr =1θ1(176。)θ2(176。)abcd①θ2采用小于12～16176。②θ2大于16176。后，應(yīng)采取θ錐頂?shù)腻e位，（虛線中的Δ）。③大直徑比的過渡時采用錐形過渡。優(yōu)于臺階式過渡。115 D1 d2 D2220 d1 D1 d2 D232511 d1 D1 d2 D2430 d1 D1 d2 D2（3）其它軸向過渡補償 Z0=50Ω Z0=50Ω （4）直角彎式過渡補償(Δ值僅供參考、應(yīng)通過實驗或CAD進行優(yōu)化)Z0=50Ω εr =1 Z0=50Ωεr =1 Z0=50Ω1同軸傳輸線的電長度 φ 式中：f：工作頻率 （MHZ）L：傳輸線長度 （英呎）1相位溫度系數(shù) PTC（PPM/℃） 式中：△T：溫度變化值 （℃）△φ：以25℃為基準(zhǔn)的相位（電長度）變化值 （度）φ0：絕對（總）相位（電長度）1射頻連接器的耐功率射頻連接器的耐功率（平均功率），在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓和25℃、VSWR=1，可參照表7。頻率（GHz）（HT）=耐高溫介質(zhì)支撐墊圈（FLH）=法國圣迭戈班公司注冊商標(biāo)：氟塑料（HF）=高頻（EF）=擴頻（展寬頻率）影響射頻連接器傳輸功率的因素射頻連接器在實際使用中傳輸功率的大小,首先與傳輸波(連續(xù)波或脈沖波)有關(guān),同時和使用頻率、環(huán)境溫度、大氣壓力以及系統(tǒng)的匹配狀況；零件制造中的表面質(zhì)量、組裝中的潔凈、無污染等等因素有關(guān)。表8為部分連接器最大傳輸平均功率的實際使用參照表。P′=PREFKfKcKsKhPREF：表7中選取的參考值Kf：使用頻率相關(guān)修正系數(shù)Kc：環(huán)境溫度相關(guān)修正系數(shù)Ks：反射匹配相關(guān)修正系數(shù)Kh：使用高度（氣壓）相關(guān)修正系數(shù)表8KfKcKsKhMCXKf max=20SMBSMAKf max=20BMAQMAKf max=13TNCKf max=20ATNCKf max=20NKf max=20HNKf max=20SCKf max=207/16Kf max=15MCX、SMB PREF=100W（）參考資料1．《同軸式TEM模通用無源器件》 鄭兆翁 1983年 人民郵電出版社2．《同軸連接器設(shè)計參考（匯集）》 高頻插頭座集中設(shè)計組 1972年3．《RADIALL》資料 2003年4．《Astrolab》資料 2003年5．《微波工程手冊》 微波工程手冊編現(xiàn)代射頻同軸連接器優(yōu)化設(shè)計技術(shù)西安富士達科技股份有限公司　武向文【摘要】本文對近幾年來國際上流行的射頻同軸連接器優(yōu)化設(shè)計方法，即以理論計算和經(jīng)驗設(shè)計為基礎(chǔ)、利用三維電磁場分析軟件建模仿真，并通過時域測量分析進行優(yōu)化的設(shè)計方法，進行了簡單的介紹。【關(guān)鍵詞】射頻同軸連接器　優(yōu)化設(shè)計　仿真　時域測量　不連續(xù)　響應(yīng)1　引言射頻同軸連接器是微波領(lǐng)域中重要的射頻傳輸元件，因其頻帶寬、連接方便可靠、性能優(yōu)越、成本低廉，在微波通信設(shè)備、儀器儀表及武器系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。近幾年來隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的飛速發(fā)展，整機設(shè)備對射頻同軸連接器的技術(shù)要求越來越高，寬頻帶、低駐波、小型化、多功能、高可靠、快速連接等等，新的連接器品種應(yīng)運而生、層出不窮，這也對連接器產(chǎn)品的設(shè)計提出了更高的要求。射頻同軸連接器的設(shè)計優(yōu)化包括對連接器多方面功能及價值的分析改進，以達到質(zhì)優(yōu)、價廉，并且縮短試制周期。優(yōu)化技術(shù)適用于射頻同軸連接器的結(jié)構(gòu)設(shè)計、尺寸精度的確定、性能參數(shù)的提升等方面。通過優(yōu)化，尋求和確定最佳參數(shù)，保證連接器使用功能和可靠性要求。隨著微波技術(shù)的發(fā)展，整機系統(tǒng)要求連接器具有更多的附加功能，如濾波（隔直、防雷等）、整流、衰減等；另一方面整機系統(tǒng)信號頻率在不斷提高，對信號傳輸部分的損耗和電壓駐波比也有了更高的要求。因此電性能的提升逐漸成為射頻同軸連接器設(shè)計優(yōu)化工作的重點和難點。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，仿真技術(shù)也步入了一個新的時代，原來只有中、小型計算機或?qū)I(yè)工作站上才能運行的仿真軟件現(xiàn)在也可以在微機上用了，這樣就給仿真技術(shù)的普及創(chuàng)造了有利條件。另一方面，仿真軟件在不斷過發(fā)展完善，新的軟件層出不窮，Ansoft HFSS和ADS等傳統(tǒng)三維電磁仿真軟件功能也在不斷強化，仿真精度越來越高，優(yōu)化結(jié)果越來越接近實際數(shù)值。這些無疑給連接器的仿真和優(yōu)化設(shè)計創(chuàng)造有極為有利的條件?！r域測量分析是進行微波傳輸系統(tǒng)缺陷分析的有效方法之一。通過時域測量，可獲得沿傳輸線的阻抗變化、集中反射點位置、集中反射點的電特性等數(shù)據(jù)，這對于分析和優(yōu)化連接器設(shè)計是非常有利的。通過對時域測量數(shù)據(jù)的分析，找出連接器設(shè)計結(jié)構(gòu)當(dāng)中不匹配點并對其進行逐一調(diào)整和優(yōu)化，以達到提高電性能的目的。時域測量的定位精度和響應(yīng)分辨率直接關(guān)系到時域分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，而響應(yīng)分辨率與微波測試設(shè)備的頻寬、采樣速率有直接的關(guān)系。近年來隨著行業(yè)的發(fā)展和西方國家對華禁運政策的調(diào)整，越來越多的國內(nèi)射頻同軸連接器生產(chǎn)廠家具備了頻率上限到20GHz甚至高達40GHz的具備時域測試功能的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，這也使時域測量分析技術(shù)應(yīng)用于射頻同軸連接器的優(yōu)化設(shè)計成為可能。2　射頻同軸連接器的一般設(shè)計原則射頻同軸連接器的工作原理比較簡單，可以說是一段能夠使RF傳輸系統(tǒng)實現(xiàn)電氣連接與分離的同軸傳輸線。連接與分離這一機械過程的實現(xiàn)要求連接器具有可靠的連接界面；連接器的適用性和方便性要求連接界面有多種不同的規(guī)格和連接形式；連接器的通用性和互換性要求連接界面的標(biāo)準(zhǔn)化；連接與分離的可靠性與穩(wěn)定性要求連接器界面尺寸及內(nèi)外導(dǎo)體相對位置的穩(wěn)定及足夠的機械保持力。這是對連接器界面及結(jié)構(gòu)的基本要求，另一方面連接器需要與同軸電纜、微帶等傳輸線連接，同樣也需要考慮連接過渡的匹配性、穩(wěn)定性和連接的可靠性。機械連接的穩(wěn)定性與可靠性是實現(xiàn)射頻同軸連接器電氣連接可靠性與穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，穩(wěn)定可靠的機械結(jié)構(gòu)加上均勻匹配的阻抗、合理的介質(zhì)材料，便可得到電氣性能優(yōu)良的射頻同軸連接器。但阻抗的不連續(xù)是不可避免的：界面的機械連接及界面的容差導(dǎo)致連接界面的阻抗不連續(xù)；用于保證機械穩(wěn)定性的臺階定位結(jié)構(gòu)導(dǎo)致不連續(xù)電容的存在；機械公差及介質(zhì)電參數(shù)的漂移導(dǎo)致特性阻抗的漂移；連接器與電纜及微帶等射頻傳輸線連接部分的適配性及電磁場場形變化也會產(chǎn)生特性阻抗不連續(xù)。只有對這些不連續(xù)逐一進行識別和補償，才能使射頻同軸連接器具有更好的電性能指標(biāo)。關(guān)于射頻同軸連接器的設(shè)計補償計算很多理論著作及學(xué)術(shù)論文當(dāng)中都有更為詳盡的闡述，這里就不再贅述了，但需要說明的是絕大多數(shù)的經(jīng)驗公式都是通過對大尺寸同軸傳輸線的研究得來的，對我們常規(guī)的使用頻率不是很高的連接器的設(shè)計而言其精確度已足夠，而對于小尺寸、高頻率、高性能要求的連接器（如毫米波連接器）設(shè)計而言，由于尺寸公差、表面粗糙度、金屬材料表面電阻率及介質(zhì)電參數(shù)的穩(wěn)定性等方面的影響變得不可忽略，所以此時的計算結(jié)果僅能作為參考。綜上所述，在明確了用戶需求及確定了連接界面形式的情況下，連接器的基本設(shè)計思想可簡單總結(jié)為以下三點：1） 在充分滿足客戶需求的情況下采用最簡潔的設(shè)計結(jié)構(gòu)。簡單就是可靠，簡潔的結(jié)構(gòu)不僅可以有效減少不連續(xù)點（段）的存在，提高電性能，而且簡潔的結(jié)構(gòu)有更好的機械可靠性。2） 盡量使每一段的阻抗都與標(biāo)稱特性阻抗相符。保證傳輸線阻抗的均勻性是減小反射的關(guān)鍵。3） 對不可避免的不連續(xù)逐一進行共面補償。共面補償是弱化和消除集中反射（不連續(xù)點）的有效方法，其原理是針對不連續(xù)點的電特性（容性或感性）在其鄰近部位引入一段感性或容性區(qū)域，使在不連續(xù)點附近一定區(qū)域內(nèi)“平均阻抗”接近標(biāo)稱特性阻抗值，以達到在一定的頻段內(nèi)減小反射的目的。從根本上講共面補償就是在失配部位形成一個低通濾波網(wǎng)絡(luò)，只要通頻帶足夠?qū)挘ǜ采w連接器要求的頻率范圍），便可得到理想的補償。由LC低通濾波網(wǎng)絡(luò)原理可知，集中電容或電感值越大，低濾波器的通頻帶越窄，即在較高的使用頻率下想要使共面補償達到更好的效果，首先是集中電容或電感值要盡量的小，否則在高頻段不可能設(shè)計出性能優(yōu)異的射頻同軸連接器產(chǎn)品。由此可見共面補償畢竟是后天性的，在進行射頻同軸連接器產(chǎn)品的設(shè)計時首先應(yīng)盡量減少不連續(xù)點（段）的存在，并使不可避免的不連續(xù)盡量的小?！　?　仿真優(yōu)化設(shè)計技術(shù)利用三維電磁場分析軟件建模仿真，對連接器的設(shè)計進行優(yōu)化，可以提高產(chǎn)品設(shè)計的一次成功率。尤其是對性能要求高或有特能要求的連接器產(chǎn)品，通過建模仿真和計算，可以不用生產(chǎn)樣品而得到設(shè)計將可能達到的性能數(shù)據(jù)，通過進一步優(yōu)化使模型達到所要求的性能指標(biāo)，這時再安排生產(chǎn)出的樣品，其性能指標(biāo)會非常接近或一次達到設(shè)計輸入的要求，即縮短了設(shè)計周期，又節(jié)省了研制費用、降低了開發(fā)成本，省時省力。下面我們用Ansoft HFSS軟件對一種7/16型1/4波長寬帶防雷連接器進行仿真優(yōu)化，以此為例介紹一下射頻同軸連接器仿真優(yōu)化設(shè)計的一般過程?！nsoft HFSS軟件簡介Ansoft HFSS（High Frequency Structure Simulator）是Ansoft公司著名的三維微波電磁仿真設(shè)計軟件，其人性化的交互式用戶界面和強大的優(yōu)化功能給使用者帶來非常大的便利。 Ansoft Optimetrics (Ansoft 優(yōu)化)是一種變量分析工具，它可以方便地對模型變量模擬分析，使我們在模擬優(yōu)化時不用再建立和求解一系列模型，而只需建立一個模型即可。在Ansoft HFSS Optimetrics，但在An