一種SMA型微帶連接器設計與仿真

張亞鵬,王 翔,馬 丹（陜西長嶺電子科技有限責任公司,陜西 寶雞 721006）

一種SMA型微帶連接器設計與仿真

張亞鵬,王 翔,馬 丹
（陜西長嶺電子科技有限責任公司,陜西 寶雞 721006）

摘 要：本文首先對SMA型射頻同軸連接器進行了簡單介紹，然后利用Ansoft公司的HFSS高頻仿真軟件對一種SMA型微帶連接器進行仿真、設計，并將仿真結果和實際測試結果比較和分析。

關鍵詞：SMA型微帶連接器；設計；HFSS；仿真

1 引言

射頻同軸連接器是微波領域中重要的射頻傳輸元件，因其頻帶寬、連接方便可靠、性能優越、成本低廉，在微波通信設備、儀器儀表及武器系統中得到廣泛應用。SMA系列射頻同軸連接器具有體積小，頻帶寬，機械性能優越，可靠性高等優點，是應用最廣泛的射頻同軸連接器之一。廣泛應用于微波通訊，航天航海，武器系統及微波測量設備等領域。本文將設計一種常用的微帶類射頻同軸連接器。

2 技術要求

客戶對產品的外形尺寸要求如圖1所示，并且根據產品使用環境，電性能方面提出了以下技術要求：特性阻抗：50Ω，頻率范圍：DC～18GHz，電壓駐波比：≤1.15，插損：≤0.1dB

3 確定連接器端口尺寸

該連接器端口尺寸的確定，主要由兩部分組成，一個是SMA陰頭界面尺寸，該尺寸不但要保證同一型號連接器產品的一致性和互換性；另一個是連接器末端接口尺寸，確定該端口連接器內導體外徑尺寸和外導體內徑尺寸。

（1） SMA陰頭界面尺寸按照《SMA系列插孔接觸件連接器界面》執行，其標稱直徑是根據使用介電常數為2.02的聚四氟乙烯介質給定的。

（2） 確定連接器末端接口尺寸：依據射頻同軸傳輸線理論知識可以知道，在特性阻抗Z0與產品的內導體外徑a、外導體內徑b以及介質的介電常數εr存在以下關系：

從已知條件可知，Z0＝50Ω，εr＝2.02 , b＝3 ，經上述公式計算可知：內導體外徑a＝0.9。

4 利用Ansoft HFSS模型仿真及優化

4.1 Ansoft HFSS簡介

Ansoft HFSS是Ansoft公司著名的三維微波電磁仿真設計軟件，強大的宏處理功能和多種掃頻方式，使其成為應用最為廣泛的三維微波電磁仿真設計軟件。它可以模擬波導、空間、微帶線路、同軸線及腔體中的三維電磁場，可以方便地實現天線、濾波器、波導器件、連接器等微波器件的仿真模擬和優化。

4.2 建立仿真模型

SMA型連接器參考面端外導體內徑為4.1， 內導體外徑為1.27；連接器末端外導體內徑由客戶外形圖可知為3.0， 內導體外徑由計算可知為0.9；介質為聚四氟乙烯，介電常數依據標準定位2.02；建模仿真時，前面所述尺寸均為固定值。利用Ansoft HFSS軟件仿真建模如圖2所示。

下一步是端口設置：將兩端連接器界面設置成50Ω端口。然后就可以設置求解條件：點頻10GHz，50次迭代，最大誤差0.01；Fast掃頻方式、0.5－20GHz，分為40份。

4.3 參數的設置及優化

經分析，雖然在DC～18GHz電壓駐波比小于1.15，與我們所需要的結果比較接近。由于理想狀態和實際產品存在如下表所示差異，因此該模型還需進一步優化。

為了便于進行優化，在模型中引入參數，如圖3所示。圖中共有7處尺寸：7.60由連接器長度尺寸決定，不可變；4.10和5.60為綜合內導體兩端均為插孔形式，考慮到可加工性后給定的固定尺寸；經數次更改參數仿真得知，內外導體的倒刺寬度尺寸和共平面補償尺寸對連接器的電壓駐波比性能影響較大。因此將內外導體倒刺的寬度尺寸設為可變參數L1，范圍0.3～0.5，每步0.05mm；將共平面補償尺寸設為可變參數L2，范圍0.3～0.6，每步0.05mm；設置顯示參數然后優化。

5 SMA型微帶連接器測試結果

依據優化后仿真模型制作實物，外導體選用SUS303不銹鋼，表面鈍化處理；內導體選用QBe2鈹青銅，表面鍍金。外形尺寸按照客戶要求，即圖1加工。

由于該SMA型微帶連接器法蘭端為直徑0.5的插孔，因此測量電壓駐波比時需要用一根直徑0.5的插針將兩個連接采用背靠背的方法連接起來，組合成一個雙陰頭轉接器進行測試。

用背靠背的方法測試出來的是兩個連接器疊加的結果，測試結果曲線走勢與仿真結果一致。由于兩個連接器完全，根據網絡S參數的級聯算法，則單個連接器的駐波比應該是測試結果開平方。由計算可知結果滿足客戶要求。

6 結論

本文介紹了SMA型微帶連接器設計、仿真和優化的整個過程，通過借助Ansoft HFSS軟件進行建模仿真計算，為實際加工連接器提供了有力的依據。文中將軟件仿真結果與實際測試結果進行了比較，基本吻合且滿足設計要求，為今后連接器的設計開拓了一條快速設計和制作的思路，縮短了研制周期，提高了工作效率。

參考文獻：

[1]雷振亞.射頻/微波電路導論(第一版)[M].西安電子科技大學出版社,2005.

作者簡介：張亞鵬（1978-），男，陜西渭南人，結構設計員，研究方向：射頻連接器設計。