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同轴连接器

文章编辑:幸拓电子 浏览量:913 发布时间:2022-10-13

什么是同轴连接器?

同轴连接器有一个被同心导电套管包裹的内导体,导体和屏蔽层由绝缘材料隔开;因此术语“同轴”或“同轴”连接器。(并非所有 RF [射频] 连接器都是同轴电缆,但所有同轴电缆都是 RF 连接器。)它们可以用于电缆或板对板或电缆对板应用。同轴连接器传输模拟信号,同时最大限度地减少射频信号损失,并从直流到高兆赫频率工作。电缆同轴连接器与特定的同轴电缆一起使用,以利用公共阻抗和屏蔽。同轴连接器有数百种版本。由于它们是直列式单电路连接器,因此可以使用适配器在不同系列之间进行连接。

他们是如何工作的

作为无线电应用的遗留物,大多数电缆同轴连接器都有一个插针/公头中心,称为插头,而配套插座具有母头/插座触点,称为插孔。最简单的同轴连接器由一个信号引脚组成,该引脚被绝缘绝缘材料包围,然后将其封装在金属屏蔽层中,通常是连接器的外壳。中心信号引脚通常是镀金的铍铜触点,它与具有类似贱金属和镀层的母触点配合。然后将这两个触点焊接或压接到同轴电缆的中心导体上。中心引脚被通常是聚四氟乙烯的绝缘电介质包围,尽管可以选择其他材料来提供所需的性能。最后一个组件是电缆屏蔽层,或连接器的外壳。这旨在通过焊接、压接或夹紧方式端接至同轴电缆的屏蔽层。屏蔽主要用作外部干扰的屏障。

历史发展

当前的微波工程源于 1930 年代对雷达开发的努力。波导早于这一时期,并在二战期间受到关注。1945 年后,需要更大带宽、更轻重量和更小尺寸的新设备导致了第一个标准化同轴连接器的开发。在 1940 年代初期,使用的主要同轴连接器是由美国酚醛公司(今天称为 Amphenol)的 EC Quackenbush 开发的 UHF 连接器。UHF 同轴连接器是为“低频”0.6 至 300 MHz 无线电行业应用而建立的。UHF 是 Ultra High Frequency 的首字母缩写词,因为当时 300 MHz 被认为是高频。由于易于配接/组装,螺纹 UHF 连接器变得流行。它们今天仍在世界范围内使用和生产。

标准

成立了联合军事和工业标准委员会来定义射频同轴连接器。目前,MIL-PRF-39012 和 MIL-STD-348 是大多数同轴连接器的主要规格。此外,MIL-DTL-17 是 MIL-Spec 同轴电缆的管理标准。有等效的IEC和其他国际标准。用于关键测试和校准应用的精密同轴连接器符合 IEEE 标准 287。

流行的同轴连接器类型

N、C、BNC、TNC等同轴系列已标准化。流行的 SMA 始于​​ 1958 年的 BRM(Bendix Research Miniature),随后是 SSMA、SMB、SMC 等。N 型连接器带有一个带 5/8 英寸 UNEF 24 转/英寸螺纹的螺纹连接螺母,满足了对耐用、防风雨、更高功率和更高频率连接器的需求。N 型由贝尔实验室(纽约市)的标准委员会成员保罗尼尔命名。最初适用于 DC 至 1 GHz,现在可提供高达 11 和 18 GHz 的版本。 

Amphenol 的 Neill 和 Carl Concelman 共同开发了快速连接(卡口耦合)BNC 连接器,以满足对更小的连接器与新型更小的同轴电缆配合使用的需求。“N”和“C”来自它们的首字母,“B”要么是“婴儿”,因为它的尺寸较小,要么是“刺刀”。  

在 CATV F 和特价商品之后,以美元销售额计算,最受欢迎的同轴连接器是 SMA。SMA 是螺纹耦合连接器,在全球范围内提供多种版本,包括各种端接选项、不同级别的环境密封和一系列电气性能。SMA 比 N 型小,具有 0.250 英寸直径的螺纹(每英寸 36 个螺纹)筒。  

更高性能的 SMA 通常使用内部过盈配合圆盘将组件固定到位并具有可现场更换的端接。有一个稍小的版本,称为 SMC,而一些供应商提供卡口耦合版本,称为 SMB,用于 DC 至 6 GHz。SMB 接口被用于称为 FAKRA的汽车连接器 ,还有一个更小的 mini-FAKRA,工作频率为 17 GHz。

为什么是 50 欧姆阻抗?

1929 年,AT&T 贝尔实验室研究了大功率、高电压和低衰减应用中的同轴电缆阻抗。最佳阻抗在 52 和 64 欧姆之间,而最大功率处理在 30 欧姆。最小衰减是阻抗为 77 欧姆。30 欧姆和 77 欧姆之间的算术平均值为 53.5 欧姆,选择 50 欧姆作为功率处理能力和衰减之间的折衷。今天,全世界绝大多数同轴电缆和连接器都是 50 欧姆。

为什么是 75 欧姆阻抗?

在自由空间中匹配偶极天线所需的近似阻抗为 73 欧姆,这导致 75 欧姆同轴电缆成为衰减很重要的射频传输应用的标准。75 欧姆阻抗主要用于视频和音频应用。 

K 连接器(毫米波连接器)

大多数频率高于 30 GHz 的连接器都可以通过视觉识别,因为它们使用空气作为电介质(绝缘体)。一个流行的系列是 2.92 毫米同轴连接器,也称为 K 波段的“K”(“K 连接器”是 Anritsu 的商标)。它们与 SMA 配合使用,但设计用于 40 或 44 GHz。与 SMA 存在性能重叠,因为 20 GHz 以上的许多应用(例如 24.25-27.5 GHz 的 5G 频段 [n258] 或 26 GHz 本地多点分布系统 [LMDS])可以由“更好”的 SMA 提供服务。然而,由于大多数 SMA 用于低频,6 GHz 及以下,许多设计人员并不了解高端 SMA,而在不知不觉中可能会选择成本是 SMA 数倍的 2.92 mm 连接器。对于适用的更高频率应用,K/2.92 连接器已变得流行,具有包括分销在内的多源可用性。

 

空气介电同轴连接器被称为“精密”,因为更高的频率性能需要更严格的制造公差和更好的测试。高频同轴连接器是基于公制的。它们由外部同轴电缆路径(外壳)的内径标识。

随着连接器直径变小,如果生产正确,最终的连接器可以在模制之前以更高的频率工作。随着连接器变得更小,它们会增加制造和端接成本,以及因处理和配合不当造成的损坏。成功的应用需要权衡取舍。

在摩尔定律主题的变体中,可以说同轴连接器的尺寸每两年缩小一次。我们是否达到了同轴电缆连接器的极限?我们可以构建、处理或端接任何小于 1 毫米连接器的东西吗?是的!最新生产的同轴电缆连接器包括 0.8 毫米和 0.6 毫米。Anritsu 正在讨论 0.4 毫米的使用/生产。”

设计说明:

尺寸 标准、微型和微型 

常见的同轴连接器类型

  • 标准:上面讨论了 N 型和 BNC 标准连接器。7-16 DIN 是一种高功率、低 PIM 连接器,广泛用于天线系统和基站,在干扰和互调抑制方面提供更好的性能。TNC 连接器,有时称为螺纹 BNC,接口在 MIL-STD-348 中定义,具有 50 欧姆阻抗,某些型号的工作频率为 11-12 GHz。
  • 微型:SMA(超小型 A 型)连接器用于微波系统、手持无线电和移动电话天线,最近还用于 Wi-Fi 天线系统;SMB(超小型 B 型)比 SMA 小,采用推入式(卡扣式)耦合,提供 50 欧姆或 75 欧姆版本。FAKRA 是一种改进的 SMB 连接器,带有键控和颜色编码的塑料外壳和闩锁,用于汽车行业;SMC(超小型 C 型)使用螺纹接口,有 50 欧姆和 75 欧姆可供选择。 
  • 微型连接器:MCX 类似于具有快速连接/断开功能的 SMB,但在电信应用中尺寸更小、重量更轻。

 

  • 毫米波连接器:SMP (GPO) 是一种推入式盲插连接器,其频率范围比盲插 BMA 更高(高达 40 GHz),并且可以承受高达 0.010 英寸的径向和轴向错位和较小的 VSWR改变; SSMP (GPPO) 是 SMP (GPO) 的更小、更轻的版本,频率高达 65 GHz。2.92mm 连接器可与低频 SMA 配合,频率能力为 40 GHz;2.4mm 与 SMA 类似,但具有更小、更坚固的接口;1.85mm 可与 2.4mm 互配。
  • 毫米波连接器 SMP (GPO) 是一种推入式盲插连接器,其频率范围比 BMA 更大(扩展范围高达 40 GHz),并且可以承受高达 0.010 英寸的径向和轴向偏差,而 VSWR 变化很小;SSMP (GPPO) 是 SMP (GPO) 的更小、更轻的版本,频率能力高达 65 GHz。一个称为 SMP3(或 SMPS)的更小的版本通常用于 70 GHz,尽管其设计的频率截止频率高于 90 GHz。2.92 mm 兼容 SMA 连接器,频率能力为 40 GHz;2.4 mm (50 GHz) 看起来与 SMA 相似,但具有更小、更坚固的接口,频率能力为 50 GHz;1.85 mm(用于 65 GHz)与 2.4 mm 可互配,频率能力为 65 GHz。

 

配合:插头有一个插针/公头中心,插孔(配合插座)有母头/插座触点。反性版本也存在。  

紧固机制:螺纹、卡口、支架、闩锁和盲插(棘爪)。 

市场应用:常见类型的射频连接器用于电视接收器、双向无线电、工业和科学测量仪器、卫星、雷达、Wi-Fi 和 5G 新无线电频率。