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选择射频连接器 应考虑哪些因素

作者:admin

发布时间:2023-07-19

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射频连接器就是射频传输系统中能够以小的损耗和反射传输射频信号,并提供快速和反复的连接的一种连接器件。主要由接触件、绝缘体、壳体、附件组成。射频连接器应选择接触可靠,有良好的导电绝缘性能,有足够的机械强度,插拔次数满足国际和国内有关标准的规定。与此同时,有许多因素决定了连接器系列和样式,其中配接电缆和使用频率范围是主要的因素。在工程实践中,使连接器直径大小和电缆直径尽可能相近,以最大限度地减少反射。电缆直径和连接器直径之间的区别越大,性能越差。反射通常作为频率的函数增加,而一般较小的连接器在较高的频率段,性能通常很好。对于非常高的频率(26GHz以上),则需要精密的空气介质连接器。

选择射频连接器应考虑以下几个方面的因素:

1. 频率范围决定了使用连接器的系列。通常在较低的频率(6 GHz之下),使用推入锁紧式或者刺刀卡锁式连接器。螺纹锁紧式连接通常在高性能,低噪音的环境应用。

2. 通常电缆的规格确定了连接器的阻抗。 50和75欧姆是使用最多的两种标准阻抗,而许多连接器系列具有50欧姆和75欧姆两款阻抗。普通电缆和他们的特性见我司网站。有时在频率500 MHz以下,50欧姆连接器能使用在75欧姆电缆上(反之亦可) 并且性能可接受。这样做的原因是一般地50欧姆连接器便宜,且他们使用广泛。

3. 除了使电缆和连接器在尺寸上尽可能匹配以最大限度地减少误差,连接器的界面和绝缘体材料也是重要的考虑因素。线性对接和空气连接的界面(如SMA和N型界面)能提供高频低反射性能,而重叠的电介质界面(如BNC和SMB)的频率及反射性能通常有所局限。通常反映连接器性能的图表是反射系数表。这是一种描述信号从连接器被反映回来多少的测量方法。 它能用反射系数、电压驻波比(VSWR)和回波损耗来表示。

4. 基于美国通信委员会(FCC,Federal Communications Commission)第15章关于无线电设备非标准界面的扩展要求,许多设计者选用常有标准的连接器接口(如BNC,TNC),但将其极性反转,有时采用反向螺纹介面。在某些特殊应用上,功率和电压要求也是确定连接器使用的一个因素。 大功率应用将要求使用大直径连接器(例如7-16 DIN和HN型)。一般传输功率决定于电缆的传输功率,通常根据经验来确定。电压击穿等级决定于峰值电压。功率传输能力随频率和海拔高度递减。

电压驻波比(VSWR)及其确定

VSWR (Voltage Standing Wave Ratio)是计量信号从连接器返回量的量度标准。 它是一个矢量单位包括振幅和相位分量。认识这一点是非常重要的,特别是当我们在考量传输线上多个连接器的复合影响时。阻抗不匹配会导致反射, 如果所使用的电缆是50欧姆的阻抗,那么连接器也必须保持50欧姆阻抗。从电缆到连接器传输线上的尺寸变换,连接器内的绝缘体介质串动和导体的接触损耗是导致非匹配的主要因素。 通常确定连接器的VSWR有二种方法,第一种方法是在整个频带内采用“平坦直线限定”法, 例如,对于配接柔性电缆的直型BNC插头,VSWR规定到4 GHz的最大值为1.3:1(通常则写为最大1.3 )。第二种方法是考虑到VSWR在实际情况下是典型的频率直接的函数 ,配接RG-142 B/U电缆的直型SMA插头,VSWR可以描述为:VSWR=1.15 +0 .01* F ( GHz ) 到12.4 GHz 最大频率。 例如,在2 Ghz时,容许最大限度的VSWR将是1.15+2*.01或者最大1.17 。 在12.4 Ghz时它将是1.15+12.4*.01或者最大1.274 。 自然地,这些值能被转换为回波损耗或者反射系数。

插入损耗及其确定

插入损耗ρ,定义为:

ρ=10*log ( Po/Pi ),单位dB

Po----输出功率(Power output)

Pi----输入功率(Power input)

产生插入损耗的三种主要原因:

1. 反射损耗,介质损耗和导体损耗。 反射损耗指那些因为驻波而产生连接器的损耗。 介质损耗指能量在介质材料(Teflon, rexolite, delrin等)中传播的损耗。导体损耗指能量在连接器导体表面传导而造成的损耗,它与材料选择和电镀的使用相关。通常,连接器插入损耗从几个百分之一dB到几个十分之一dB。同VSWR的指定方法一样, 可以指定为“平坦直线限定”或者指定为频率的函数。同VSWR的例子一样,对于配接柔性电缆的直型BNC插头,在最大3 Ghz测试条件下,BNC可以指定为最大0.2 dB。

2. 对于SMA,在6 Ghz测试条件下,可以指定插入损耗ρ=0.06*(f--GHz)dB。例如,在4 Ghz时,插入损耗最大为0.06*2或者0.12 dB。 虽然连接器可以在很宽的频率范围内使用,但通常仅仅在指定的特定频率下测试, 因为对非常小的损耗进行精确测量是一个精确的, 耗时的过程。在MIL PRF-39012中定义了这个测试过程。