【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(qiáng)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(shí)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(kuò)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(shí)）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(shí)，傳輸最大平均功率Pmax1介質(zhì)支撐設(shè)計(jì)公式（1）等效介電常數(shù)(εe)的計(jì)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(jì)算方法如下：a. 同軸分布的非單一介質(zhì) 圖2b. 基本對(duì)稱分布的二種介質(zhì)εε2：二種介質(zhì)的介電常數(shù)V2：對(duì)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(jì)公式（見圖4）當(dāng)在均勻介質(zhì)的同軸線中，有限長(zhǎng)度的非相同介質(zhì)的支撐件會(huì)引起TEM波的激勵(lì)（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(jì)中，基本上不可避免地存在有限長(zhǎng)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(jì)、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(zhǎng)； f：工作頻率②支撐件外徑、內(nèi)孔徑計(jì)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(bǔ)償?shù)挠?jì)算（Δ、dD2）（共面補(bǔ)償）d2=1～ 選取D2=～1D 選取計(jì)算Δ：a、 計(jì)算AA截面等效介電常數(shù)εeb、 計(jì)算等位參考面直徑D′c、 計(jì)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(jì)算應(yīng)注意量綱的統(tǒng)一 Δ的計(jì)算值是一個(gè)參考值、應(yīng)進(jìn)行實(shí)測(cè)修正，也可直接用實(shí)驗(yàn)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(bǔ)償設(shè)計(jì)（1）臺(tái)階式變截面（錯(cuò)位補(bǔ)償）① 介質(zhì)相同 εr =1② 時(shí) Z0=50Ω k=Z0=60Ω k=Z0=75Ω k=③ 時(shí) （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(cuò)位，（虛線中的Δ）。③大直徑比的過(guò)渡時(shí)采用錐形過(guò)渡。優(yōu)于臺(tái)階式過(guò)渡。115 D1 d2 D2220 d1 D1 d2 D232511 d1 D1 d2 D2430 d1 D1 d2 D2（3）其它軸向過(guò)渡補(bǔ)償 Z0=50Ω Z0=50Ω （4）直角彎式過(guò)渡補(bǔ)償(Δ值僅供參考、應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)或CAD進(jìn)行優(yōu)化)Z0=50Ω εr =1 Z0=50Ωεr =1 Z0=50Ω1同軸傳輸線的電長(zhǎng)度 φ 式中：f：工作頻率 （MHZ）L：傳輸線長(zhǎng)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(zhǎng)度）變化值 （度）φ0：絕對(duì)（總）相位（電長(zhǎng)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(guó)圣迭戈班公司注冊(cè)商標(biāo)：氟塑料（HF）=高頻（EF）=擴(kuò)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(shí)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(shí)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(wú)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(shí)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(wú)源器件》 鄭兆翁 1983年 人民郵電出版社2．《同軸連接器設(shè)計(jì)參考（匯集）》 高頻插頭座集中設(shè)計(jì)組 1972年3．《RADIALL》資料 2003年4．《Astrolab》資料 2003年5．《微波工程手冊(cè)》 微波工程手冊(cè)編現(xiàn)代射頻同軸連接器優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)西安富士達(dá)科技股份有限公司　武向文【摘要】本文對(duì)近幾年來(lái)國(guó)際上流行的射頻同軸連接器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，即以理論計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)、利用三維電磁場(chǎng)分析軟件建模仿真，并通過(guò)時(shí)域測(cè)量分析進(jìn)行優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。【關(guān)鍵詞】射頻同軸連接器　優(yōu)化設(shè)計(jì)　仿真　時(shí)域測(cè)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(lái)隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的飛速發(fā)展，整機(jī)設(shè)備對(duì)射頻同軸連接器的技術(shù)要求越來(lái)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(yùn)而生、層出不窮，這也對(duì)連接器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。射頻同軸連接器的設(shè)計(jì)優(yōu)化包括對(duì)連接器多方面功能及價(jià)值的分析改進(jìn)，以達(dá)到質(zhì)優(yōu)、價(jià)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(jì)、尺寸精度的確定、性能參數(shù)的提升等方面。通過(guò)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(jī)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(jī)系統(tǒng)信號(hào)頻率在不斷提高，對(duì)信號(hào)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(jì)優(yōu)化工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，仿真技術(shù)也步入了一個(gè)新的時(shí)代，原來(lái)只有中、小型計(jì)算機(jī)或?qū)I(yè)工作站上才能運(yùn)行的仿真軟件現(xiàn)在也可以在微機(jī)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(guò)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(qiáng)化，仿真精度越來(lái)越高，優(yōu)化結(jié)果越來(lái)越接近實(shí)際數(shù)值。這些無(wú)疑給連接器的仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)創(chuàng)造有極為有利的條件?！r(shí)域測(cè)量分析是進(jìn)行微波傳輸系統(tǒng)缺陷分析的有效方法之一。通過(guò)時(shí)域測(cè)量，可獲得沿傳輸線的阻抗變化、集中反射點(diǎn)位置、集中反射點(diǎn)的電特性等數(shù)據(jù)，這對(duì)于分析和優(yōu)化連接器設(shè)計(jì)是非常有利的。通過(guò)對(duì)時(shí)域測(cè)量數(shù)據(jù)的分析，找出連接器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)當(dāng)中不匹配點(diǎn)并對(duì)其進(jìn)行逐一調(diào)整和優(yōu)化，以達(dá)到提高電性能的目的。時(shí)域測(cè)量的定位精度和響應(yīng)分辨率直接關(guān)系到時(shí)域分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，而響應(yīng)分辨率與微波測(cè)試設(shè)備的頻寬、采樣速率有直接的關(guān)系。近年來(lái)隨著行業(yè)的發(fā)展和西方國(guó)家對(duì)華禁運(yùn)政策的調(diào)整，越來(lái)越多的國(guó)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(dá)40GHz的具備時(shí)域測(cè)試功能的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，這也使時(shí)域測(cè)量分析技術(shù)應(yīng)用于射頻同軸連接器的優(yōu)化設(shè)計(jì)成為可能。2　射頻同軸連接器的一般設(shè)計(jì)原則射頻同軸連接器的工作原理比較簡(jiǎn)單，可以說(shuō)是一段能夠使RF傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電氣連接與分離的同軸傳輸線。連接與分離這一機(jī)械過(guò)程的實(shí)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(duì)位置的穩(wěn)定及足夠的機(jī)械保持力。這是對(duì)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(guò)渡的匹配性、穩(wěn)定性和連接的可靠性。機(jī)械連接的穩(wěn)定性與可靠性是實(shí)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(jī)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(jī)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(jī)械穩(wěn)定性的臺(tái)階定位結(jié)構(gòu)導(dǎo)致不連續(xù)電容的存在；機(jī)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(chǎng)場(chǎng)形變化也會(huì)產(chǎn)生特性阻抗不連續(xù)。只有對(duì)這些不連續(xù)逐一進(jìn)行識(shí)別和補(bǔ)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(jì)補(bǔ)償計(jì)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(shuō)明的是絕大多數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式都是通過(guò)對(duì)大尺寸同軸傳輸線的研究得來(lái)的，對(duì)我們常規(guī)的使用頻率不是很高的連接器的設(shè)計(jì)而言其精確度已足夠，而對(duì)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(jì)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(shí)的計(jì)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(jì)思想可簡(jiǎn)單總結(jié)為以下三點(diǎn)：1） 在充分滿足客戶需求的情況下采用最簡(jiǎn)潔的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)單就是可靠，簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)不僅可以有效減少不連續(xù)點(diǎn)（段）的存在，提高電性能，而且簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)有更好的機(jī)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(duì)不可避免的不連續(xù)逐一進(jìn)行共面補(bǔ)償。共面補(bǔ)償是弱化和消除集中反射（不連續(xù)點(diǎn)）的有效方法，其原理是針對(duì)不連續(xù)點(diǎn)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(diǎn)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(dá)到在一定的頻段內(nèi)減小反射的目的。從根本上講共面補(bǔ)償就是在失配部位形成一個(gè)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(bǔ)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(bǔ)償達(dá)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(jì)出性能優(yōu)異的射頻同軸連接器產(chǎn)品。由此可見共面補(bǔ)償畢竟是后天性的，在進(jìn)行射頻同軸連接器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)盡量減少不連續(xù)點(diǎn)（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(jì)技術(shù)利用三維電磁場(chǎng)分析軟件建模仿真，對(duì)連接器的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，可以提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一次成功率。尤其是對(duì)性能要求高或有特能要求的連接器產(chǎn)品，通過(guò)建模仿真和計(jì)算，可以不用生產(chǎn)樣品而得到設(shè)計(jì)將可能達(dá)到的性能數(shù)據(jù)，通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化使模型達(dá)到所要求的性能指標(biāo)，這時(shí)再安排生產(chǎn)出的樣品，其性能指標(biāo)會(huì)非常接近或一次達(dá)到設(shè)計(jì)輸入的要求，即縮短了設(shè)計(jì)周期，又節(jié)省了研制費(fèi)用、降低了開發(fā)成本，省時(shí)省力。下面我們用Ansoft HFSS軟件對(duì)一種7/16型1/4波長(zhǎng)寬帶防雷連接器進(jìn)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(jì)的一般過(guò)程?！nsoft HFSS軟件簡(jiǎn)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(jì)軟件，其人性化的交互式用戶界面和強(qiáng)大的優(yōu)化功能給使用者帶來(lái)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(duì)模型變量模擬分析，使我們?cè)谀M優(yōu)化時(shí)不用再建立和求解一系列模型，而只需建立一個(gè)模型即可。在Ansoft HFSS Optimetrics，但在An