李旗祥

(四川華豐企業(yè)集團(tuán)有限公司，四川綿陽，621000)

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一種板到板射頻連接器的設(shè)計(jì)

李旗祥

(四川華豐企業(yè)集團(tuán)有限公司，四川綿陽，621000)

摘要：小型化通信設(shè)備中的板到板射頻通道一般采用連接器直接連接方式。為滿足多通道射頻連接器的順利插合、分離并保證良好的傳輸性能，需要在滿足軸向、徑向不對準(zhǔn)情況下順利連接且具有良好電性能的板到板射頻連接器，本文將介紹一種板到板射頻連接器的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：板到板；小型化；軸向；徑向下對準(zhǔn)；阻抗互補(bǔ)

1引言

隨著無線通信設(shè)備小型化的發(fā)展，由于安裝空間及距離的減小，一些基站設(shè)備中板(注：印制版)到板的射頻傳輸需要直接使用連接器，而非傳統(tǒng)的射頻跳線方式。要實(shí)現(xiàn)板到板多通道射頻連接器傳輸，需要連接器在滿足較大的軸向、徑向不對準(zhǔn)情況下，具有良好的電性能。

本文介紹一種具有良好電性能的板到板射頻連接器方案(ZL201320320894.3)。

2射頻連接器設(shè)計(jì)原則

射頻同軸連接器設(shè)計(jì)的根本原則就是在盡可能寬的頻率范圍內(nèi)保證盡可能高的傳輸性能。

a)傳輸線上各點(diǎn)的特性阻抗盡可能保持一致

在射頻同軸連接器中，由于內(nèi)外導(dǎo)體間有絕緣支撐的緣故，在結(jié)構(gòu)上就不可避免地在絕緣支撐處引入臺(tái)階結(jié)構(gòu)，為了在較寬的頻帶范圍內(nèi)保證盡可能高的傳輸性能，需要各斷的特性阻抗盡可能與系統(tǒng)阻抗保持一致。否則，在阻抗不一致的地方將形成反射，使得射頻信號無法完整無失真的從入射端傳輸?shù)浇邮斩耍缦聢D所示。

圖1　阻抗不一致反射圖示

b)對無法避免的電連續(xù)性變化進(jìn)行共面補(bǔ)償

在實(shí)際工程應(yīng)用中，電連續(xù)性的變化總是不可避免的。但根據(jù)傳輸線理論可以找到一定的方法來補(bǔ)償這種連續(xù)性的變化。例如，絕緣支撐處必將對內(nèi)外導(dǎo)體進(jìn)行挖槽形成絕緣支撐的定位臺(tái)階，微波傳輸過程中在此臺(tái)階處就會(huì)形成一個(gè)不連續(xù)電容，我們?yōu)榱搜a(bǔ)償這個(gè)不連續(xù)電容的影響就需要在此處設(shè)計(jì)出一個(gè)高電感予以補(bǔ)償，常用的方法是在絕緣支撐的徑向表面挖槽，根據(jù)不連續(xù)電容的大小確定挖槽的深度。

可以先對內(nèi)外導(dǎo)體的定位槽深度進(jìn)行設(shè)計(jì)，找出性能最好的尺寸組合，使電連續(xù)性變化最小，然后再根據(jù)位置采用絕緣支撐兩面均開槽的方式對兩邊的臺(tái)階分別進(jìn)行電感補(bǔ)償，以最大限度降低不連續(xù)電容的影響。

圖2　共面補(bǔ)償結(jié)構(gòu)圖示

c)盡量減小公差偏移給電氣性能帶來的影響。

射頻同軸連接器的各個(gè)零件在加工過程中不可避免地會(huì)有制造誤差，而對加工制造加以約束的尺寸公差在設(shè)計(jì)過程中就會(huì)確定。即使零件都符合公差要求，但因?yàn)槎鄠€(gè)零件裝配后公差疊加后出現(xiàn)公差不在范圍內(nèi)的情況。所以在設(shè)計(jì)過程中，涉及到傳輸性能的重要尺寸一定要盡量少地受到綜合公差的影響。

3板到板射頻連接器的研制

3.1　主要性能指標(biāo)要求

板到板射頻同軸連接器性能指標(biāo)見表1所示。

表1　射頻同軸連接器各項(xiàng)性能指標(biāo)

3.2　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

要滿足板到板軸向較大的綜合誤差，板到板射頻連接器必須具備軸向容差的包容性。也即是說，在插合界面部分留出足夠的間隙來保證軸向不對準(zhǔn)容差。界面處間隙的出現(xiàn)和間隙大小隨插合狀態(tài)的變化，將導(dǎo)致特性阻抗的一致性發(fā)生變化，根據(jù)上述射頻連接器設(shè)計(jì)原則第一條的要求，阻抗的不連續(xù)變化勢必會(huì)影響產(chǎn)品的電性能指標(biāo)。

為了在軸向不對準(zhǔn)間隙容差的情況下保證產(chǎn)品的電性能指標(biāo)，在較低的頻段內(nèi)(一般不大于6GHz),可以采用阻抗互補(bǔ)的方式實(shí)現(xiàn)良好的電性能要求。阻抗互補(bǔ)是通過不同區(qū)域段阻抗相互綜合，使得這一傳輸段內(nèi)的平均阻抗接近系統(tǒng)特性阻抗(50Ω)的一種設(shè)計(jì)方法，如圖3所示。

圖3　板到板射頻連接器圖示

一般來說，該板到板連接器包括兩個(gè)印制板插座和一個(gè)中間轉(zhuǎn)接器。其中，一個(gè)插座為鎖緊端，外殼內(nèi)壁有槽，轉(zhuǎn)接器與該插座分離力較大；另外一個(gè)插座為滑動(dòng)端，殼體具有較大的導(dǎo)向設(shè)計(jì)，保證轉(zhuǎn)接器在一定范圍不對準(zhǔn)情況下實(shí)現(xiàn)順利插合；中間轉(zhuǎn)接器與兩個(gè)印制板插座相插合，內(nèi)、外彈性接觸件設(shè)計(jì)保證了不對準(zhǔn)包容性的實(shí)現(xiàn)和接觸的可靠性。

在圖3中，A-A、C-C區(qū)域?yàn)榈妥杩箙^(qū)域，B-B、D-D區(qū)域?yàn)楦咦杩箙^(qū)域，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整和優(yōu)化，最終確定滿足軸向±1mm容差情況下獲得較好電性能的各區(qū)域阻抗值。

利用HFSS仿真優(yōu)化分析曲線之一如圖4。從仿真曲線來看，在6GHz以內(nèi)，駐波比不大于1.13，能滿足設(shè)計(jì)要求。

圖4　電壓駐波比仿真優(yōu)化分析圖

如圖5所示，插孔直徑大于插針直徑(單邊間隙△1)，插孔為切槽彈性接觸件，通過收口、熱處理工藝來保證其彈性。同時(shí)，在保證接觸界面間隙最大時(shí)插針與插孔能實(shí)現(xiàn)可靠接觸的前提下，盡量減小插針插入插孔的長度L。這樣，插針與插孔之間就能夠保證轉(zhuǎn)接器在偏斜±3°情況下，避免插針與插孔之間形成硬干涉。同樣，中間轉(zhuǎn)接器的外接觸件為開槽的彈性接觸件，轉(zhuǎn)接器彈性接觸件的外徑與插座外殼的內(nèi)徑之間留出間隙(單邊間隙△2)，保證轉(zhuǎn)接器在偏斜3°情況下，轉(zhuǎn)接器外接觸件外徑與印制板插座外接觸件內(nèi)孔之間不會(huì)形成硬干涉。另外，印制板插座外殼口部設(shè)計(jì)有碗口型導(dǎo)向錐度(單邊導(dǎo)向?qū)挾瘸叽鏗)，保證轉(zhuǎn)接器能順利插入插座。

圖5　徑向容差結(jié)構(gòu)示意圖

3.3　實(shí)物測試情況

根據(jù)上述思路設(shè)計(jì)的產(chǎn)品實(shí)物經(jīng)過測試，其電性能指標(biāo)滿足預(yù)定的要求。采用網(wǎng)絡(luò)分析進(jìn)行樣品的實(shí)際檢測，平均特性阻抗符合50Ω的要求，見圖6。圖7、圖8分別是電壓駐波比、插入損耗的測試曲線圖。從測試情況來看，電壓駐波在6GHz內(nèi)比不大于1.25，插入損耗不大于0.15dB，滿足設(shè)計(jì)要求。

從測試結(jié)果來看，電壓駐波在DC～3GHz內(nèi)比不大于1.15。電壓駐波在3GHz～6GHz內(nèi)比不大于1.25，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖6　平均特性阻抗測試圖

圖7　電壓駐波比測試圖

圖8　插入損耗測試圖

從測試結(jié)果來看，插入損耗最大值不超過0.15dB，滿足設(shè)計(jì)不大于0.35dB要求。

4結(jié)束語

本文采用的阻抗互補(bǔ)性設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)板到板射頻連接器滿足較大徑向、軸向不對準(zhǔn)容差情況下，滿足良好電性能指標(biāo)的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]射頻連接器集中設(shè)計(jì)參考資料，1972年.

[2]射頻連接器設(shè)計(jì)及論文匯編，主編：吳正平.

中圖分類號：TN784

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號：1000-6133(2015)02-0017-03

Doi:10.3969/j.issn.1000-6133.2015.02.004

收稿日期：2015-02-11