發布日期：2022-10-09 點擊率：211
射頻 (RF) 電路正迅速廣泛應用于有線和無線通信，包括 Wi-Fi 和用于物聯網 (IoT) 的各種無線技術。這些高頻信號需要在系統、電路元件和子組件之間進行分配，且產生最小的損耗或寄生輻射。
雖然這一直都是射頻同軸電纜和連接器應該承擔的角色，但是設計人員承受著時間、成本和可靠性方面的壓力，需要確保快速選擇最佳射頻連接器并正確應用，以達到最佳性能并延長使用壽命。
本文將從關鍵參數（例如尺寸、頻率范圍、損耗和耐用性）的角度介紹射頻連接器，幫助設計人員確保連接器與射頻應用相匹配。本文還將介紹適當的解決方案，包括有關其應用和維護的實用信息。
在通信、廣播、無線以及測試和測量應用中，射頻同軸連接器和電纜提供了關鍵射頻鏈路。它們在射頻系統、元件、子組件和使用同軸電纜或帶狀線的設備之間提供低損耗路徑。基本的同軸結構由包圍著同心絕緣介電層的中心導體組成，而該結構又被一個圓柱形導電外殼包圍。電纜元件的尺寸得到精確控制，提供恒定的導體尺寸和間距，以便電纜作為傳輸線高效發揮作用。射頻連接器提供了結點，將同軸電纜和帶狀線傳輸線連接到其他元件或子組件。它們擴展了同軸結構，增加了互鎖導體和鎖定機制，同時保持恒定的阻抗。圖 1 顯示了來自 Amphenol RF 的超小型 A 型 (SMA) 連接器元件配接對。
圖 1：SMA 連接器對是同軸連接器的一個示例，圖中顯示了用于配接的內導體、介電層和用于鎖定的外導體。（圖片來源：Amphenol RF）
圖像左側是公插頭。圖像右側為母插頭，也就是連接器對的插孔或插座。通常，公插頭帶有突出的中心導體，外導體上有內部鎖定螺紋。插座帶有凹陷的內導體和外部鎖定螺紋。應該注意的是，某些“反極性”連接器類型的鎖定螺紋是反向的，外螺紋位于上公插頭上，內螺紋位于母插頭上。其他鎖定機構可能包括扭鎖、卡口連接或扣鎖環。
與這個 SMA 連接器對相似，大多數同軸連接器都是區分公母的，兩個半邊的結構不同。也有某些連接器結點的每一側都具有相同的結構。這些主要是用于實驗室應用的高精度連接器。
雖然射頻連接器種類眾多，但它們的許多關鍵參數不同。這些規格包括物理尺寸、阻抗、電壓駐波比、接合類型、帶寬或頻率范圍（表 1）。
表 1：常用同軸連接器規格的總結表。（數據來源：Digi-Key Electronics）
同軸連接器的關鍵規格是帶寬。該規格描述了連接器的最高使用頻率。連接器的最大可用頻率與外殼直徑和用作電介質的材料具有函數關系。外殼直徑越小，最大可用頻率越高。同樣，使用空氣作為電介質可提供相對于其他電介質的最高頻率性能。因此，最高帶寬的連接器使用空氣作為電介質。
為確保最大功率傳輸并減少反射引起的功率損耗，連接器的特征阻抗應與源和負載相匹配。大多數面向常規射頻應用的連接器阻抗值設計為 50 W；而 75 W 連接器則可用于視頻相關應用。
電壓駐波比 (VSWR) 是配接連接器有效阻抗的衡量指標。VSWR 越高，由于阻抗不匹配，從連接器反射的功率就越多。請注意，VSWR 是頻率的函數，連接器 VSWR 值只能在相同頻率下進行比較。
上表中的“接合方法”列顯示了采用的機械鎖定機制的類型。在連接器可能受到振動的應用中，這一點極其重要。接合通常要在易連接性和安全鎖定之間作權衡。圖 1 中顯示的 SMA 連接器對是螺紋接合的一個示例。圖 2 顯示了卡口式和咬接式接合的示例，分別使用 BNC 和 SMP 連接器類型。
圖 2：卡口式和咬接式接合的示例。在預期將會發生振動的應用中，接合方法非常重要，它通常要在易用性和安全鎖定之間作權衡。（圖片來源：Digi-Key Electronics）
鑒于微型化趨勢，尺寸在選擇連接器方面起著重要作用。表 2 顯示了所列連接器的尺寸等級。在連接器尺寸和使用壽命之間需要進行折衷權衡。較小的連接器可用的連接/斷開配接次數通常較少。較大的 N 型連接器的耐用性可能大于 500 個配接次數，而微型 U.FL 連接器的耐用性僅限于 30 個配接次數。每種連接器的使用壽命因制造商而異，如果使用壽命是一個重要參數，則應查閱制造商提供的規格書。
用于測試和測量儀器等應用的同軸連接器，通常具有很多配接次數，一般使用“連接器保護器”進行保護。這些易于更換的適配器與儀器連接器配接，提供消耗性的連接器基體，可使用多次。
連接器分為多種不同類別。表 2 中，精密連接器（如 1 mm 至 2.92 mm 的連接器和 N 型連接器）屬于 IEEE-STD-287 規格。這些連接器具有更精確的尺寸容差，這是其寬帶寬應用所決定的。更多的常見連接器屬于 MIL-STD-348 規格，或者符合某一種歐洲標準，例如 CECC 22220。這些連接器的容差更寬松，因此有機會節省成本。
特定連接器類別能夠配接不同系列的連接器。表 2 列出了一些可能的互換式連接器配接。1.85 mm 和 2.4 mm 連接器可以互換，2.92 mm 和 3.5 mm 連接器也可以互換。2.92 mm 和 3.5 mm 公頭連接器基體可以與 SMA 母頭連接器配合使用，整體帶寬會降低。由于它們的容差等級不同，嘗試將 SMA 公頭與 2.92 mm 或 3.5 mm 母頭連接器配接時并不可取。SMA 連接器的較大機械公差會損壞精密連接器的插座引腳。
制造商沒有提供連接器的功率耗散額定值，因為該規范高度取決于具體應用。功率耗散因頻率、系統 VSWR、溫度、海拔高度和負載阻抗而異。一般來說，功率容量直接隨連接器的尺寸和散熱能力而變化。最大功率耗散值隨著頻率增加而降低。
具有最高功率容量的連接器是 N 型連接器，容量達到 300 和 400 瓦特 (W)。其次則是 BNC 和 SMA 連接器。精密連接器的功率僅限于數十瓦特。再強調一次，如果需要高功率運行，請與制造商聯系，以獲取更精確的功率耗散規格，這一點非常重要。
在使用連接器之前，應檢查是否有金屬微粒、中心導體彎曲、外殼破裂或變形等損壞（圖 3）。任何損壞都應進行修復，或者更換損壞的連接器。連接器應保持清潔，不得積累灰塵或其他污染物。連接器基體應該平滑配接，不會粘連或卡住。不要強力進行連接器配接；如果發生問題，請重新檢查連接器，以確定問題來源。
配接螺紋連接器時，請只轉動外殼，不要轉動連接器基體或線纜。旋轉連接器基體可能損壞中心導體。外套筒手動擰緊后，請按照制造商的說明，使用校準的扭力扳手，以達到指定的鎖緊扭矩。
圖 3：SMA 連接器的示例，左側圖片為污物和金屬屑積聚在電介質上，右側圖片為使用棉簽和異丙醇清潔之后。（圖片來源：Digi-Key Electronics）
連接器應保持清潔。確保清潔的最佳方式是在不使用連接器時使用保護蓋。如果連接器被灰塵污染，應該進行清潔。帶有固體電介質的連接器可以用浸有異丙醇的無絨棉簽進行清潔。請小心避免彎曲中心導體引腳。清潔螺紋連接器的內部和外部螺紋也是一種很好的做法。不要在使用空氣介質的連接器上通過棉簽清潔，因為用于固定元件的介質磁珠可能會被溶劑損壞。它們可以使用干燥的壓縮空氣進行清潔。
選擇同軸連接器時，首先要考慮處理所使用信號需要何種帶寬，然后考慮尺寸和機械配置（插頭、插座、焊入、面板安裝等）。我們以 1 GHz 信號發生器的輸出連接器為例。由于這是測試和測量信號源，所以 BNC 連接器是常見的選擇。BNC 的帶寬大于 1 GHz，可用作面板安裝插座。Amphenol RF 的 31-221-RFX 型號 BNC 插座是不錯的選擇。
為超過 10 GHz 的頻率信號選擇連接器時，可考慮使用 SMA 連接器，例如 Amphenol SV Microwave SF2950-6062，或者使用 2.92 mm 精密連接器，例如 Amphenol SV Microwave SF1521-60013。選擇時可能要在帶寬和成本之間折衷權衡。2.9 mm 連接器的帶寬大于 SMA 的兩倍，但在具有帶寬優勢的同時，它的成本幾乎是后者的三倍。
如果尺寸是首要的規格，應考慮連接器的耐用性。例如，Molex LLC MMCX 插孔型號 0734152063 的額定配接次數為 500 次。Hirose Electric Co. 的 U.FL-R-SMT(10) 尺寸小巧，但能夠耐受的配接次數只有 30 次。此外，也可能存在顯著的成本差異。
本文介紹了各種類型的射頻同軸連接器，總結了它們的主要屬性，為設計人員提供了很好的著手點，幫助他們為其設計選擇合適的連接器。正如本文所述，選擇看似簡單的射頻同軸連接器時，仔細了解工程要求非常重要。建議進一步查詢供應商的規格書，以查看更詳細的信息。
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