如何为射频应用选择，使用和维护同轴连接器？

射频（RF）电路在有线和无线通信中正在激增，包括Wi-Fi和用于物联网（IoT）的各种无线技术。 这些高频信号需要以最小的损耗或杂散辐射分布在系统，电路元件和子组件之间。

虽然传统上这是射频同轴电缆和连接器的作用，但设计人员在时间，成本和可靠性压力下需要确保快速选择最佳射频连接器并正确应用以获得最佳性能和长寿命。

本文将从关键参数（如尺寸，频率范围，损耗和耐久性）的角度来查看RF连接器，以帮助设计人员将其连接器与其RF应用相匹配。 它还将提供合适的解决方案，其中包含有关如何应用和维护它们的有用信息。

射频同轴连接器
射频同轴连接器和电缆提供通信，广播和无线中的关键RF链路，以及测试和测量使用。 它们在RF系统，组件，子组件和利用同轴电缆或带状线的设备之间提供低损耗路径。 基本同轴结构包括由同心绝缘介电层包围的中心导体。 这又由圆柱形导电壳包围。 精确控制电缆元件的尺寸以提供恒定的导体尺寸和间距，这是其有效地用作传输线所需的。 

RF连接器提供用于将同轴电缆和带状线传输线连接到其他组件或子组件的接头。 它们延伸同轴结构，增加互锁导体和锁定机构，同时保持恒定的电阻抗。 Amphenol RF的一对超小型A（SMA）连接器元件如图1所示。

图1：SMA连接器对是同轴连接器的示例，图像显示了配合的内部导体，介电层和锁定外部导体。

左手图像是男性或插头的一半。 右侧图像显示连接器对的母头，插孔或插座的一半。 通常，插头将具有突出的中心导体和外部导体上的内部锁定螺纹。 插座具有凹进的内导体和外部锁定螺纹。 应该注意的是，一些“反极性”连接器类型将使锁定螺纹反转，阳部件上有外螺纹，阴部件上有内螺纹。 其他锁定机构可包括扭锁，卡口连接或弹簧锁环。

大多数同轴连接器，如这个SMA连接器对都是“性别”，每一半都有不同的结构。 有些连接器在连接处的每一侧具有相同的结构。 这些大多是用于实验室应用的高精度连接器。

同轴连接器类型
虽然有无数的RF连接器，但它们的区别在于许多关键参数。 这些规范包括物理尺寸，阻抗，VSWR，耦合类型以及带宽或频率范围（表1）。

表1：常用同轴连接器规格汇总表

连接器带宽
同轴连接器的关键规格是其带宽。 这描述了可以使用它的最高频率。 连接器的最大可用频率是外壳直径和用作电介质的材料的函数。 壳直径越小，最大可用频率越高。 类似地，使用空气作为电介质提供了相对于其他电介质的最高频率性能。 结果，最高带宽的连接器使用空气作为电介质。

连接器阻抗
为确保最大功率传输并减少反射造成的功率损耗，连接器的特性阻抗应与源和负载相匹配。 大多数通用射频应用的连接器都设计为具有50 W阻抗; 而75 W连接器可用于视频相关应用程序。

驻波
电压驻波比（VSWR）是配合连接器的有效阻抗的量度。 VSWR越高，由于阻抗不匹配，从连接器反射的功率越多。 请注意，VSWR是频率的函数，连接器VSWR值只能在相同频率下进行比较。

耦合机制
耦合柱列出了所采用的机械锁定机构的类型。 这在连接器受到振动的应用中非常重要。 耦合通常是易于连接和安全锁定之间的权衡。 前面图1中显示的SMA连接器对是螺纹连接的示例。 图2中分别使用BNC和SMP连接器类型说明了卡口和卡扣式耦合的示例。

图2：卡口和卡扣式联轴器的示例。 耦合方法在预期振动的应用中很重要，并且通常在易用性和安全锁定之间进行权衡。 

连接器尺寸和耐用性
鉴于小型化的趋势，尺寸在选择连接器中起主要作用。 表2再次显示了列出的连接器的大小类。 在尺寸和连接器寿命之间进行权衡。 较小的连接器往往具有较少的可用连接/断开配合周期。 在较大的N连接器可能具有大于500配合周期的耐用性的情况下，微型U.FL连接器的耐用性限于30配合周期。 每个连接器的使用寿命因制造商而异，如果寿命是一个重要参数，则应参考其规格。

在测试和测量仪器等应用中使用的同轴连接器通常通过使用“连接器保护器”来保护，其中许多插接周期是典型的。 这些易于更换的适配器与仪器连接器配合，并提供可消耗的连接器主体，用于多种用途。

连接器类和行业规范
连接器按几种不同的类别进行分类。 在表2中，诸如1 mm至2.92 mm和N连接器的精密连接器属于IEEE-STD-287。 这些连接器具有更宽的带宽应用所规定的更精确的尺寸公差。 更常见的连接器属于MIL-STD-348或欧洲标准之一，如CECC 22220。 这些连接器的公差更宽松，因此有机会节省成本。

配合兼容性
与连接器类相关的是能够配对来自不同系列的连接器。 表2列出了许多可能的可互换连接器配合。 1.85 mm和2.4 mm连接器可以互换，2.92 mm和3.5 mm连接器也可以互换。 2.92 mm和3.5 mm公连接器主体可与SMA母连接器配合，减少总带宽。 由于它们的公差等级不同，尝试将SMA公头与2.92 mm或3.5 mm母连接器配合不是一个好习惯。 SMA的更宽的机械公差可能损坏精密连接器的插座销。

连接器额定功率
制造商不对其连接器的功耗进行评级，因为该规范非常依赖于应用。 它根据频率，系统VSWR，温度，海拔高度和负载阻抗而变化。 通常，功率处理直接随连接器的尺寸和散热能力而变化。 最大功耗随着频率的增加而降低。

具有最佳功率处理能力的连接器是N连接器，能够处理300和400瓦特（W）。 BNC和SMA连接器将按顺序进行。 精密连接器仅限于瓦特的10。 同样，如果需要高功率操作，请联系制造商以获得更精确的功耗规范。

连接器用法
在使用连接器之前，检查是否有损坏是很重要的，例如金属颗粒，弯曲的中心导体或压碎或变形的外壳（图3）。 应修理任何损坏，或更换损坏的连接器。 连接器应清洁，没有积聚的污垢或其他污染物。 连接器主体应平稳配合，无粘连或卡住。 不要强行连接器配合; 如果出现问题，请重新检查连接器以确定源。

在配合螺纹连接器时，仅转动外壳而不是连接器主体或电缆。 旋转连接器主体可能会损坏中心导体。 一旦外套圈用手拧紧，使用校准的扭矩扳手按照制造商的说明获得规定的锁定扭矩。

图3 :(左）SMA连接器的一个例子，在用棉签和异丙醇清洁后，电介质上（和右侧）连接有污垢和金属屑。 

连接器维护
连接器应保持清洁。 确保这一点的最佳方法是在不使用时在连接器上使用保护帽。 如果连接器被污垢污染，则应进行清洁。 可以使用浸有异丙醇的无绒棉签清洁带有固体电介质的连接器。 小心避免弯曲中心导体针脚。 在螺纹连接器上清洁螺纹（内部和外部）也是一种很好的做法。 不要在使用空气电介质的连接器上使用棉签，因为将元件固定到位的电介质珠可能会被溶剂损坏。 可以使用干燥的压缩空气清洁它们。

选择同轴连接器
选择同轴连接器从处理所用信号所需的带宽开始，然后考虑尺寸和机械配置（插头，插座，焊接，面板安装等）。 例如，考虑1 GHz信号发生器的输出连接器。 由于这是测试和测量信号源，因此BNC连接器是常见的选择。 BNC的带宽大于1 GHz，可作为面板安装插座使用。 

为频率信号选择超过10 GHz的连接器时，请考虑使用SMA连接器。 这种选择可能受带宽和成本之间的权衡支配。 2.9 mm连接器的带宽是SMA的两倍以上，但带宽优势几乎是成本的三倍。

结论
本文回顾了RF同轴连接器的范围，总结了它们的主要属性。 对于设计人员来说，它为设计选择合适的连接器是一个很好的起点。 如图所示，在选择看似简单的RF同轴连接器时，仔细检查工程要求非常重要。 

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