一种SMP(M)型射频连接器的研制

刘斌 武婷 王惟迪 王榕欣

摘要：本文介绍了一种SMP（M）型射频同轴连接器的研制开发过程。

引言：

连接器用于装接在电缆上或安装在仪器设备上起连接作用的元件，它与另一辅助配对的连接器在两个或多个电路之间进行重复的电气连接和分离，既起机械连接作用，又保证电磁信号和能量的顺利传输。从本质上看，同轴连接器是一段带有连接结构的非均匀同轴连接体，不均匀是由不可避免的台阶结构形成的，这些台阶结构保证连接器内、外导体相对位置的固定以及与同轴电缆内、外导体的连接。

上海某研究所委托我公司研制的连接器外形如图1，此连接器属于SMP系列，是一种盲配式连接器，允许轴向和径向有一定失配量，使用频率高、连接快速、抗振性强。按照连接界面不同，可分全擒纵、有限擒纵、光孔三种结构。

1 用户对产品指标要求

满足GJB 5246-2004《射频连接器界面》中SMP系列插针接触件连接器界面;

特性阻抗：50Ω;频率：0～30GHz（DC）;电压驻波比：VSWR≤1.4;

气密封，漏率不大于1.01×10-3Pa·cm3 /s;外壳与内导体表面在镀镍基层上镀金。

2 初步确定产品设计方案

2.1连接器在设计中要遵循的原则

同轴连接器设计主要依据同轴传输线理论，在设计中要在遵循：

（1）要保持特性阻抗一致，每一横截面处尽可能使特性阻抗Z0等于标称值。

（2）对每一截面不可避免的阻抗不连续，应采取适当的补偿措施。

（3）尽量减小机械公差对电性能的影响。设计时应将尺寸公差控制在合理范圍内，制造中应保证设计要求。

2.2 根据用户要求及连接器设计原则，设计方案需：

（1）采用《射频连接器界面》中SMP系列插针接触件界面。

（2）采用玻璃介质烧结固定，内外导体材料均采用可伐合金，来满足气密封要求。

（3）每个截面特性阻抗一致，本产品为50Ω，特性阻抗近似公式为：

（D为外导体内径，d为内导体外径，ε为介质相对介电常数）。

依据上述，可初步确定连接器设计方案如图2。这种方案内导体、外壳与玻璃一体烧结固定，如果能够实现是最好的。

3 设计方案的改进

3.1考虑缩短玻璃烧结长度

图2方案内外导体间玻璃烧结横向间隙太小，轴向烧结长度相对太长，我公司现工艺制造水平实现难度较大，如果采用2～3mm的玻璃烧结长度较易实现（图3）。

图3方案，连接器左段为空气介质，右段为玻璃介质，玻璃烧结长度为2.21。

仔细计算后分析，这种结构存在明显问题：为满足阻抗50Ω要求，空气段外壳内径仅0.89，这种结构与SMP对应阴头插接时会出现短路，这是要坚决避免的;玻璃烧结左端玻璃体不易定位，形成较大的玻璃锥，阻抗一致性较差;空气段较长，玻璃烧结段较短，易损。

3.2 改进图3方案

对图3方案改进，空气段内导体直径为0.6，由公式○1可算出对应外壳内径，得图4设计方案，该方案虽然可解决连接器对接短路问题，但其余两点不足仍不能解决。

继续调整设计方案，对空气段改用绝缘支撑，得图5方案，这种方案可避免连接器对接短路，也可克服连接器玻璃段易损，但连接器内部介质分三段，阻抗一致性很差。为此，决定连接器内部介质采用两段，左段为绝缘支撑，右段玻璃烧结，如图6方案。

3.3 优化设计得设计方案

在借鉴以往连接器设计经验基础上，对绝缘支撑进一步改进：加空气补偿段、倒刺和放气间隙，并对外壳做相应调整，形成图7连接器设计方案。

4 设计方案的仿真设计

有了产品设计方案，在产品制造前需进行设计方案的计算机仿真，对方案进一步优化改进。HFSS是一款功能强大的三维电磁仿真软件，在设计中我们用该软件进行仿真与优化设计。首先，创立3D仿真模型，将绝缘子空气补偿段直径和宽度设为变量，建立模型如图8。然后，设置波端口激励，分析求解，查看结果，创建场分布图，如图9所示。最后，利用软件中Optimetrics模块的参数扫描和优化设计功能对绝缘子空气补偿段进行设计优化。

5 样品试制和产品性能测试

确定了产品设计方案，我们设计产品测试工装，如图10。然后，进行样件生产及测试工装生产。样件和测试工装制造完成后，测试产品各方面性能，测试结果满足预期要求。

作者简介：刘斌，男，硕士研究生，2011年毕业于吉林大学机械电子工程专业，现为陕西华达科技股份有限公司射频与组件设计所设计员;

武婷，女，工程硕士，2018年毕业于西安邮电大学电子信息工程专业，现为陕西华达科技股份有限公司射频与组件设计所工程师;

王惟迪，女，工程师，2007年毕业于安阳师范学院计算机科学与技术专业，现为陕西华达科技股份有限公司射频与组件设计所工程师;

王榕欣，女，高级工程师，1996年毕业于西安工程大学机械设计专业，现为陕西华达科技股份有限公司射频与组件设计所高级工程师;

闫玉凯，男，硕士研究生，现就读于西安电子科技大学电子工程学院电子与通信工程专业，研究方向为射频技术及阵列天线设计。