一種SMP(M)型射頻連接器的研制

劉斌 武婷 王惟迪 王榕欣

摘要：本文介紹了一種SMP（M）型射頻同軸連接器的研制開發過程。

引言：

連接器用于裝接在電纜上或安裝在儀器設備上起連接作用的元件，它與另一輔助配對的連接器在兩個或多個電路之間進行重復的電氣連接和分離，既起機械連接作用，又保證電磁信號和能量的順利傳輸。從本質上看，同軸連接器是一段帶有連接結構的非均勻同軸連接體，不均勻是由不可避免的臺階結構形成的，這些臺階結構保證連接器內、外導體相對位置的固定以及與同軸電纜內、外導體的連接。

上海某研究所委托我公司研制的連接器外形如圖1，此連接器屬于SMP系列，是一種盲配式連接器，允許軸向和徑向有一定失配量，使用頻率高、連接快速、抗振性強。按照連接界面不同，可分全擒縱、有限擒縱、光孔三種結構。

1 用戶對產品指標要求

滿足GJB 5246-2004《射頻連接器界面》中SMP系列插針接觸件連接器界面;

特性阻抗：50Ω;頻率：0～30GHz（DC）;電壓駐波比：VSWR≤1.4;

氣密封，漏率不大于1.01×10-3Pa·cm3 /s;外殼與內導體表面在鍍鎳基層上鍍金。

2 初步確定產品設計方案

2.1連接器在設計中要遵循的原則

同軸連接器設計主要依據同軸傳輸線理論，在設計中要在遵循：

（1）要保持特性阻抗一致，每一橫截面處盡可能使特性阻抗Z0等于標稱值。

（2）對每一截面不可避免的阻抗不連續，應采取適當的補償措施。

（3）盡量減小機械公差對電性能的影響。設計時應將尺寸公差控制在合理范圍內，制造中應保證設計要求。

2.2 根據用戶要求及連接器設計原則，設計方案需：

（1）采用《射頻連接器界面》中SMP系列插針接觸件界面。

（2）采用玻璃介質燒結固定，內外導體材料均采用可伐合金，來滿足氣密封要求。

（3）每個截面特性阻抗一致，本產品為50Ω，特性阻抗近似公式為：

（D為外導體內徑，d為內導體外徑，ε為介質相對介電常數）。

依據上述，可初步確定連接器設計方案如圖2。這種方案內導體、外殼與玻璃一體燒結固定，如果能夠實現是最好的。

3 設計方案的改進

3.1考慮縮短玻璃燒結長度

圖2方案內外導體間玻璃燒結橫向間隙太小，軸向燒結長度相對太長，我公司現工藝制造水平實現難度較大，如果采用2～3mm的玻璃燒結長度較易實現（圖3）。

圖3方案，連接器左段為空氣介質，右段為玻璃介質，玻璃燒結長度為2.21。

仔細計算后分析，這種結構存在明顯問題：為滿足阻抗50Ω要求，空氣段外殼內徑僅0.89，這種結構與SMP對應陰頭插接時會出現短路，這是要堅決避免的;玻璃燒結左端玻璃體不易定位，形成較大的玻璃錐，阻抗一致性較差;空氣段較長，玻璃燒結段較短，易損。

3.2 改進圖3方案

對圖3方案改進，空氣段內導體直徑為0.6，由公式○1可算出對應外殼內徑，得圖4設計方案，該方案雖然可解決連接器對接短路問題，但其余兩點不足仍不能解決。

繼續調整設計方案，對空氣段改用絕緣支撐，得圖5方案，這種方案可避免連接器對接短路，也可克服連接器玻璃段易損，但連接器內部介質分三段，阻抗一致性很差。為此，決定連接器內部介質采用兩段，左段為絕緣支撐，右段玻璃燒結，如圖6方案。

3.3 優化設計得設計方案

在借鑒以往連接器設計經驗基礎上，對絕緣支撐進一步改進：加空氣補償段、倒刺和放氣間隙，并對外殼做相應調整，形成圖7連接器設計方案。

4 設計方案的仿真設計

有了產品設計方案，在產品制造前需進行設計方案的計算機仿真，對方案進一步優化改進。HFSS是一款功能強大的三維電磁仿真軟件，在設計中我們用該軟件進行仿真與優化設計。首先，創立3D仿真模型，將絕緣子空氣補償段直徑和寬度設為變量，建立模型如圖8。然后，設置波端口激勵，分析求解，查看結果，創建場分布圖，如圖9所示。最后，利用軟件中Optimetrics模塊的參數掃描和優化設計功能對絕緣子空氣補償段進行設計優化。

5 樣品試制和產品性能測試

確定了產品設計方案，我們設計產品測試工裝，如圖10。然后，進行樣件生產及測試工裝生產。樣件和測試工裝制造完成后，測試產品各方面性能，測試結果滿足預期要求。

作者簡介：劉斌，男，碩士研究生，2011年畢業于吉林大學機械電子工程專業，現為陜西華達科技股份有限公司射頻與組件設計所設計員;

武婷，女，工程碩士，2018年畢業于西安郵電大學電子信息工程專業，現為陜西華達科技股份有限公司射頻與組件設計所工程師;

王惟迪，女，工程師，2007年畢業于安陽師范學院計算機科學與技術專業，現為陜西華達科技股份有限公司射頻與組件設計所工程師;

王榕欣，女，高級工程師，1996年畢業于西安工程大學機械設計專業，現為陜西華達科技股份有限公司射頻與組件設計所高級工程師;

閆玉凱，男，碩士研究生，現就讀于西安電子科技大學電子工程學院電子與通信工程專業，研究方向為射頻技術及陣列天線設計。