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射頻同軸連接器介紹與選型指南

射頻同軸連接器

一.簡介

用于射頻同軸饋線系統的連接器通稱為射頻同軸連接器,該連接器供通信和電子設備及類似電子設備所配用射頻傳輸線中連接射頻同軸電纜?;蛲S與微帶,同軸與波導之間的連接。它的插頭部分常裝在電纜端頭,插座部分常安裝在設備固定單元上,也常用于兩根射頻電纜之間的連接。

插頭:具有連接機構的主動部分既螺母或卡口連接套的連接器,一般為自由連接器

插座:與插頭相配連接的連接器,一般為固定連接器。

射頻同軸連接器按連接方式分:螺紋式連接器,卡口式連接器,推入式連接器,推入鎖緊式連接器

二.選擇

 

選擇射頻同軸連接器主要有以下五個方面因素:

1.       接口機構型式

連接器的連接機構不只是提供方便快速的連接或分離同軸傳輸線,關鍵是提供穩定的電性能和環境保護裝置,當使用場合中沒足夠這空間來旋轉連接螺母時,應選擇非扭轉型連接機構。另外對于機框連接器,非扭轉型連接機構也是非常有用的,

2.       電氣性能方面

a特性阻抗:連接器應與傳輸系統及電纜的阻抗相匹配,否則會導致系統性能下降

b.耐電壓:連接器的最高耐壓值應符合系統使用的耐壓要求。

一般來說,如果是在寬頻帶應用場合,要犧牲一些有利的寬帶阻抗匹配特性,以獲得需要的高壓額定值。

c 最高工作效率

3.       電纜裝接方法及電纜類型。

A電纜連接:連接器電纜裝接方法有兩種:一焊接中心導體,梳理編織導線的標準松緊方法仍通用,特別適用于沒特殊安裝工具場合,并便于現場維修。二。焊接中心導體,壓接編織層的夾緊方法。由于壓接方法工作效率高。端接性能可靠,且一致性好,已成為當今的通用方法。

B電纜類型:應根據各類使用電纜的特性(如軟性電纜,半剛性電纜,皺紋導體絕緣電纜,泡塑絕緣電纜)選擇合適的連接器,一般外徑細小的電纜與小型連接器相配。

4.       端接形式

連接器可用于射頻同軸電纜,印制線路板,機框抽屜式功能組件及其連接界面。

5.       材料及鍍覆

外殼和內導體主要是黃銅,鈹銅,錫青銅,絕緣材料主要是四氟乙烯。

中心導體一般用銀或金鍍覆,外殼鍍鎳或銀。SMA ,SMB,SSMB,SMC外導體全部金鍍覆。

射頻同軸連接器是用于傳輸射頻能量,其頻率范圍可達18GHz或更高?;窘Y構包括:

陽性和陰性的中性接觸件,外面介面材料,最外是接觸件,外面部分起著如同電纜外屏蔽層一樣功能:既傳輸信號,屏蔽接地。

通用射頻同軸連接器類型

類型

連接類型

使用頻率范圍(MHz

額定工作電壓

(海平面)VRMS

配用電纜外徑

mm(參考)

N

螺紋連接

0-11000

1000

4.95-9.40

SMA

螺紋連接

0-12400

0-18000

1700

1.80-4.32

SMB

推入鎖緊

0-4000

250

1.80-4.32

SSMB

推入鎖緊

0-3000

250


SMC

螺紋連接

0-10000

250

1.80-2.54

BNC

卡口連接

0-4000

500

4.10-6.5

TNC

螺紋連接

0-11000

500

2.54-6.35

L9

螺紋連接

0-1000

330

5.25

L29(7/16)

螺紋連接

0-4000

2700

11.20-50.0

IF45

法蘭連接

0-1000

5000 Min.

19.0-29.5

IF70

法蘭連接

0-1000

7500 Min.

29.0-52.0

UHF

螺紋連接

不適用

750

7.40

MHV

卡口連接

不適用

1600(2500V DC)

7.40

SHV

卡口連接

不適用

1500(5000V DC)

2.54-6.35

 

UHF系列---射頻連接器結構中老的,價格也是便宜的,與大多數其它連接器不同,UHF既能配用小直徑(0.185英寸)電纜,也能配用大直徑(0.630英寸)電纜,而且還能配用雙芯內導體電纜。它們具有不恒定的阻抗,在頻率達200GhZ及電壓峰值500V情況下能勝任工作。

LC系列:標準產品是大的類型,配用直徑0.870英寸的電纜,螺紋鎖緊,能傳輸大功率射頻能量。

LT系列與LC系列有兩點不同,配用較小的電纜RG-117118/U,D=0.730英寸,使用鋁材的減輕重量。

LN系列:第三類最大的連接器,僅用于GR-14/U,RG/74U,RG-94/U三種電纜,耐壓峰值為1000V,螺紋連接,LN系列是N型的大尺寸變型。

N系列:這種通用的是等尺寸連接器配用電纜的平均直徑為0.400英寸,(特殊情況0.2000.900),可匹配50,75歐姆電纜。

C系列:專門配用尺寸同N型一樣的電纜,僅鎖緊機構和耐壓峰值不同。N系列是螺絲鎖緊,耐壓1000V,C系列卡口鎖緊,耐壓1500V

HN系列用于高壓場合,配中等尺寸電纜,螺紋鎖緊,有50歐的固定阻抗,耐壓5000V,

4000GHZ以下有低的電壓駐波比。

BNC:配用小尺寸電纜最通用的系列,外徑為0.250英寸,耐壓500V,固定阻抗50歐姆。在4000GHZ以下有低的電壓駐波比。

TNC基本上采用螺紋鎖緊的BNC型的連接器,頻率在11000GHZ以下電壓駐波比最大為1.30,適宜在振動場合使用。

MH V 系列是小型BNCTNC連接器的高壓型,耐壓能達5000V,但不具有后者優良的

恒定阻抗和寬頻帶特性。能用到50GHZ

BNMC系列:專門用于低功率射頻場合,電壓200V以下,并配用小尺寸電纜。鎖緊采用螺紋結構。

SMA用于同軸向微波方面的過渡,專門配用0.141英寸和0.085英寸外徑的半硬電纜和軟電纜,這些半精密的3mm高頻連接器自直流到18000GHZ具有重復的電氣特性。由于介格相宜,它們用于低頻下的一般用途也是理想,關鍵是考慮尺寸與成本。

SMB、SMCSMB是推入式,SMC是螺紋鎖緊,兩者外形尺寸和SMA差不多,但SMA適用頻率高,而SMBSMC則適用于0-1000CHZ的中等性能連接器,用途為視頻引線及設備內部的元件連接。

(1)螺紋連接型:如:APC-7、N、TNC、SMA、SMC、L27、L16、L12、L8、L6等射頻同軸連接器。這種連接形式的連接器具有可靠性高、屏蔽效果好等特點,所以應用也最為廣泛。 (2)卡口連接型:如:BNC、C、Q9、Q6等射頻同軸連接器。這種連接器具有連接方便、快捷等特點,也是國際上應用最早的射頻連接器連接形式。

(3)推入連接型:如:SMB、SSMB、MCX等,這種連接形式的連接器具有結構簡單、緊湊、體積小、易于小型化等特點。

常見的主要失效模式有以下幾種。

2.1連接失效 (1)連接螺母脫落 在日常生活中,部分用戶反映有時出現連接螺母脫落現象,致使影響正常工作,特別是小型連接器,如SMA、SMC、L6出現會更多些,經我們分析大致有下列原因造成: a.設計人員選材不當,為降低成本,誤用非彈性的黃銅座卡環材料,使螺母易脫落。 b.加工時,螺母安裝卡環的溝槽槽深不夠,所以連接時稍加力矩螺母即脫落。 c.雖然材料選擇正確,但工藝不穩定,鈹青銅彈性處理未達到圖紙規定硬度值,卡環無彈性,導致螺母脫落。 d.使用人員在測試時,沒有力矩扳手,而使用普通扳手來擰緊螺母,使擰緊力矩大大超過軍標規定值,所以螺母(卡環)遭到損壞而脫落。

 (2)配對失誤 自改革開放以來,我國進口儀器不斷增多,經常碰到用戶反映,他們把市場上買到的Q9的電纜頭誤認為是國際上通用的BNC電纜頭。因其形狀和BNC電纜頭完全一樣,只是尺寸稍有差別,所以與進口儀器BNC不能兼容,這些現象也屢見不鮮。

 (3)內導體松動或脫落 有些設計人員在內導體介質支撐處把內導體分為兩體,然后用螺紋連接起來。但是對小型射頻同軸連接器而言,內導體本身尺寸是Φ12mm,在內導體上加工螺紋,若不在螺紋連接處涂以導電膠,那么內導體連接強度是很差的。因此,當連接器在多次連接,在扭力和拉力長期作用下,內導體螺紋松動、脫落,致使連接失效。

 2.2反射失效 (1)反射增大 任何一種連接器都有一定的使用壽命。以SMA連接器為例,美軍標和我國軍標規定其壽命為500次。這是因為當連接器經長期使用,反復插拔超過500次后,插針、插孔已造成不同程度的磨損,接觸已不是最佳狀態,所以在使用時,反射可能急劇增加。許多用戶較多的從經濟角度考慮,把應報廢的連接器仍然使用。這種做法是不可取的。因為超過使用壽命的連接器性能已明顯下降,苦不及時更換新的連接器是難以保證測試精度和數據的可信度。 (2)開路 在以往的工作中發現個別用戶把N50Ω插頭誤連到N75Ω插座上。由于50Ω的插針直徑遠大于75Ω的插孔尺寸,致使插孔尺寸超過彈性極限,不能恢復到原來尺寸。別人再次使用發現開路,原來75Ω插座的插孔已損壞。 (3)短路 在過去我們測試密封連接器時,發現少數連接器電壓駐波比很大,個別的全反射。經反復仔細檢查,此密封連接在焊接內導體時,焊錫流到玻璃絕緣子表面,造成全部或局部短路,使性能不合格。

 2.3電接觸失效 (1)插針、插孔不接觸 通常插孔零件材料應選用鈹青銅或錫磷青銅做成,但有極少數生產廠為降低成本用59-1黃銅作插孔,因而插拔一、兩次后插孔處于漲口狀態,當再次連接插針、插孔時根本不接觸。當然在我們工作中,即使都選用鈹青銅作彈性件,但是由于在工作中檢驗不嚴,將銑槽后未收口的個別零件混入收口合格零件中,進行彈性處理并鍍金,裝配時又未發現,所以導致連接時不接觸。直到測試時,才發現駐波很大,甚至全反射。經仔細檢查,才發現將不合格插孔裝在產品中。 (2)接觸不良 接觸不良常常導致信號時有時無,電性能時好時壞,這種現象在連接器使用中時有發生。原因有三: a.由于彈性處理時欠時效,零件硬度未達到圖紙要求,所以在多次插拔后彈性逐漸松弛,接觸壓力明顯下降,從而導致接觸不良。 b.發現少數批次有部分產品中插孔、插針超差,未達到圖紙規定。例如,插針直徑比圖紙規定小了一點或插孔雖然已收口,但未達到圖紙規定,尺寸略大了一些。當這種插針或插孔插合后,最容易產生接觸不良(雖有接觸力,但小于軍標規定值)。 c.插針、插孔使用時間過長,已嚴重磨損,這也是常見的現象。 (3)銹蝕 目前我國加工射頻同軸連接器的材料,內導體大都采用銅合金加工后鍍金或鍍銀,極少數也有鍍鎳,外導體大都是采用銅合金加工后鍍鎳或鉻。與國外產品相比,我國產品大多數鍍純金,而國外鍍金合金,所以國內產品耐磨性差,鎳層有時發現起皮、剝落等,也容易引起氧化,特別是國內部分工廠為降低成本而采用導體鍍銀,又沒有涂有效的防護氧化層,所以鍍銀表面極易氧化發黑,尤其在惡劣環境下使用,更加速了內、外導體表面嚴重氧化,導致接觸電阻、插損激增,電接觸失效。

2.4電纜組件的失效 電纜組件通常是由電纜連接器與高頻電纜兩部分組成,因此前面所討論的射頻同軸連接器的失效模式與機理同樣完全適合于電纜組件。但電纜組件失效模式和機理又有別于一般的連接器,即電纜與電纜連接器尾端連接部產生失效也將導致整個電纜組件的失效。由于電纜連接尾部結構不同,其失效模式與機理也不同。目前國內、外常見的電纜組件有下面三種結構,即: (1)螺母壓緊型:電纜連接器尾部與電纜屏蔽層采用螺母壓緊方式進行連接 (2)焊接型:電纜連接器尾端與電纜屏蔽層采用焊接方式進行連接 (3)壓接型:電纜連接器尾端與電纜屏蔽層采用專用壓接工具在強大的壓力作用下使金屬套筒產生較大的塑性變形和塑性流動與連接器外導體進行連接 為了便于比較,我們對三種結構尾端主要失效模式和機理列表如下:

 


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