毫米波同轴连接器工艺装配方式的优化设计

射频百花潭 2022-02-22 07:38


针对毫米波同轴连接器使用中存在的不适当方式,通过模拟建立模型进行仿真,得到最优化结果。运用三维高频仿真软件 (HFSS) 找出连接器性能与空气匹配腔参量间的一般规律,避免高频电路设计和装配中因端口不匹配带来的不必要麻烦,同时为分析毫米波射频元器件提供了一种行之有效的方法。


1

概述


近年来,我国的国际形势严峻,国家安全保障日益凸显。关键毫米波射频元器件是国家武器装备系统的重要战略物资,而毫米波射频同轴连接器是研制生产航天、航空、兵器、军用舰船、电子对抗系统等集成电路中传输射频信号和能量不可或缺的电子元件。其发展和应用是对整机装备小型化、轻量化要求的重要体现,对波导系统的替代使得整机装备的高频段互联系统体积大为缩小,拆卸复杂程度大幅降低 ,目前主要用于解决 30~110 GHz 高频率传输的连接问题,可以获得大回波损耗、小插入损耗和低电压驻波比。

表 1 列举了目前常见的几款毫米波同轴连接器及参数指标 。

2

工程应用


工程应用中,会存在下面一种现象:选取了一种指标良好的毫米波射频同轴连接器作为信号传输端口,但实际测试得到的指标较差。做故障排查时,射频工程师往往容易忽略是否为连接器端口不匹配这一重要环节造成的,因为毫米波连接器不同于低频 SMA接头,其结构和装配方式具有严格的要求。

表 1 毫米波同轴连接器型号及指标


3

模型及最优化仿真


本文以 2.4 mm 同轴插针连接器为例子,分析如何确保在频率为 35~45 GHz 范围内的信号具有良好的传输特性。

带绝缘子 2.4 mm 同轴连接器如图 1 所示,其产品说明书推荐装配方式如图 2 所示。

图 1 带绝缘子 2.4 mm 同轴连接器

图 2 绝缘子装配方式

高频信号的波长短,绝缘子透过腔体后形成的间隙已经能够影响到信号的性能了,但设计电路时容易忽视这点,导致实际应用中存在两种错误的装配方式,如图 3 中左侧的连接器模型。图 3 中的两种模型借助三维高频仿真软件 HFSS模拟实现,射频信号微带传输线的介质基板材料为罗杰斯 3003,具体参数查阅相关资料。

图 3 两种绝缘子实际装配的模拟模型

仿真两种模型得到了图 4 中(a)和(b)两种模型仿真曲线。

图 4 两种装配模型的仿真曲线

在 35~45 GHz 的频率范围内,采用图 3(a)的装配方式,信号的插入损耗(S 12 )达到了 1.5 dB,回波损耗(S 11 )仅有 6.5 dB,输入输出电压驻波比(VSWR)却有2.8,对于高频信号,这种装配连接器的方式犯了根本性的错误,完全是不可取的,信号的能量损失严重,无法高效传输到负载处。采用图 3(b)的装配方式,信号的插入损耗小于 0.4 dB,回波损耗大于 17.2 dB,输入输出电压驻波比小于1.32,这种装配方式考虑到了信号传输端口的匹配问题,但并没有达到最佳匹配状态。比较图 4(a)、 (b)两种模拟仿真,绝缘子端口空气腔直接影响了信号传输性能的优劣,毫米波连接器的装配必须要考虑端口的匹配,在图5中标明了匹配空气腔的位置。

为了更好地满足工程需求,有必要对图 3(b)中的模型进一步分析验证,找到空气腔的最佳匹配。所谓的匹配空气腔其实是绝缘子插针与结构件形成的一

段圆柱体空隙,模型的结构件如图 5 所示,图中椭圆部分为空气腔,图 6 为其参数化后的详图。

图 5 模型的结构件

图 6 模型部件和尺寸参数化详图

对图 6 的模型进行参量的最优化仿真,得到图 7的仿真曲线。

图 7 参量优化后的曲线

从图 7 中可以清楚地看出,在 33~49.5 GHz 的频率范围内,信号的插入损耗小于 0.4 dB,回波损耗大于20.5 dB,输入输出电压驻波比小于 1.20。在 35~45 GHz频率内,信号具有更加良好的传输特性,与表 1 中给出的指标完全吻合,证明了本文采用的验证方法正确。此时,连接器的绝缘子插针直径 r 为 0.3 mm,绝缘介质材料为聚四氟乙烯,直径 R 为 1.9 mm,高度 L 为2.2 mm,匹配空气腔优化仿真后各参量数值见表 2。

表 2 匹配空气腔最优化参量


4

参量分析


在结构件加工和工艺装配中,总有公差和误差的存在。为了确保连接器性能达到最好的状态,需要分别找出 R 1 、R 2 、L 1 和 L 2 4 个参量变化对连接器性能影响的一般规律。

4.1 参量 R 1 变化对连接器性能的影响


从图 8 的仿真曲线图可以明显看出,参量 R 1 的变化对连接器的 S 11 、S 21 和 VSWR 均有影响,其中,对 S 11和 VSWR 影响显著。总体的变化趋势为先变好再变差。当 R 1 =1.6 mm 时,|S 11 | max =59.7 dB,|S 12 | min =0.19 dB,|VSWR| min =1.02。

图 8 R 1 变化对连接器性能影响曲线图

4.2 参量 R 2 对连接器性能的影响


图9中的仿真曲线波动很大,说明了参量R 2 的变化对连接器的性能具有剧烈的影响。在 30~50 GHz 频率范围内,当 R 2 =0.7 mm 时,|S 11 |≥15.5 dB,|S 12 |≤0.28 dB,|VSWR|≤1.30。取其他值时,连接器的工作带宽明显变窄,且回波损耗 S 11 变小,插入损耗 S 21 变差,VSWR 变大。此时,选取R 2 =0.7mm及附近的值较为适宜。

图 9 R 2 变化对连接器性能影响曲线图

4.3 参量 L 1 对连接器性能的影响


建立模型时,参量 L 1 和 L 2 是一对相对变量,即 L 1可以用 L 2 表示。

图 10 L 1 变化对连接器性能影响曲线图

从图 10 中可以一目了然地看出,随着 L 1 的增大,连接器的回损、插损和驻波比逐渐恶化,工作带宽逐渐变窄,已经不具备良好的宽带性能,丧失了基本功能,L 1 决定了连接器传输性能的好坏。

通过对匹配空气腔具体参量的仿真,得到了连接器性能与参量间的基本规律,确定了各个参量对其影响的显著程度,在进行设计时做好理论仿真工作,在

机加工时保证好公差,在装配时严格按照图纸说明。例如 R 2 和 L 1 的尺寸要求就要严于 R 1 ,它们的公差显然不是一个量级。

5

总结


文中通过模拟毫米波射频电路中连接器不合理的设计和实际工程加工及工艺装配方式建立模型,并进行了仿真实验,发现连接器中绝缘子与结构件的端口匹配对信号的插入损耗、回波损耗和输入输出的电压驻波比会产生显著影响,并发现其一般规律。所以,在进行高频射频电路接头选取时,针对特定频带和电路,将实际产品转换成理论模型,应用仿真工具,结合仿真结果,指导工艺装配,提高准确性和实用性。本文提供的这种思路在工程应用中有重要的参考价值。

来源:电子与封装

声明:


本号对所有原创、转载文章的陈述与观点均保持中立,推送文章仅供读者学习和交流。文章、图片等版权归原作者享有。

投稿/招聘/推广/宣传 请加微信:15989459034

射频百花潭 国内最大的射频微波公众号,专注于射频微波/高频技术分享和信息传递!
评论 (0)
  • 引言在语音芯片设计中,输出电路的设计直接影响音频质量与系统稳定性。WT588系列语音芯片(如WT588F02B、WT588F02A/04A/08A等),因其高集成度与灵活性被广泛应用于智能设备。然而,不同型号在硬件设计上存在关键差异,尤其是DAC加功放输出电路的配置要求。本文将从硬件架构、电路设计要点及选型建议三方面,解析WT588F02B与F02A/04A/08A的核心区别,帮助开发者高效完成产品设计。一、核心硬件差异对比WT588F02B与F02A/04A/08A系列芯片均支持PWM直推喇叭
    广州唯创电子 2025-04-01 08:53 187浏览
  • 提到“质量”这两个字,我们不会忘记那些奠定基础的大师们:休哈特、戴明、朱兰、克劳士比、费根堡姆、石川馨、田口玄一……正是他们的思想和实践,构筑了现代质量管理的核心体系,也深远影响了无数企业和管理者。今天,就让我们一同致敬这些质量管理的先驱!(最近流行『吉卜力风格』AI插图,我们也来玩玩用『吉卜力风格』重绘质量大师画象)1. 休哈特:统计质量控制的奠基者沃尔特·A·休哈特,美国工程师、统计学家,被誉为“统计质量控制之父”。1924年,他提出世界上第一张控制图,并于1931年出版《产品制造质量的经济
    优思学院 2025-04-01 14:02 145浏览
  • 北京贞光科技有限公司作为紫光同芯授权代理商,专注于为客户提供车规级安全芯片的硬件供应与软件SDK一站式解决方案,同时配备专业技术团队,为选型及定制需求提供现场指导与支持。随着新能源汽车渗透率突破40%(中汽协2024数据),智能驾驶向L3+快速演进,车规级MCU正迎来技术范式变革。作为汽车电子系统的"神经中枢",通过AEC-Q100 Grade 1认证的MCU芯片需在-40℃~150℃极端温度下保持μs级响应精度,同时满足ISO 26262 ASIL-D功能安全要求。在集中式
    贞光科技 2025-04-02 14:50 107浏览
  • 随着汽车向智能化、场景化加速演进,智能座舱已成为人车交互的核心承载。从驾驶员注意力监测到儿童遗留检测,从乘员识别到安全带状态判断,座舱内的每一次行为都蕴含着巨大的安全与体验价值。然而,这些感知系统要在多样驾驶行为、复杂座舱布局和极端光照条件下持续稳定运行,传统的真实数据采集方式已难以支撑其开发迭代需求。智能座舱的技术演进,正由“采集驱动”转向“仿真驱动”。一、智能座舱仿真的挑战与突破图1:座舱实例图智能座舱中的AI系统,不仅需要理解驾驶员的行为和状态,还要同时感知乘员、儿童、宠物乃至环境中的潜在
    康谋 2025-04-02 10:23 86浏览
  • 退火炉,作为热处理设备的一种,广泛应用于各种金属材料的退火处理。那么,退火炉究竟是干嘛用的呢?一、退火炉的主要用途退火炉主要用于金属材料(如钢、铁、铜等)的热处理,通过退火工艺改善材料的机械性能,消除内应力和组织缺陷,提高材料的塑性和韧性。退火过程中,材料被加热到一定温度后保持一段时间,然后以适当的速度冷却,以达到改善材料性能的目的。二、退火炉的工作原理退火炉通过电热元件(如电阻丝、硅碳棒等)或燃气燃烧器加热炉膛,使炉内温度达到所需的退火温度。在退火过程中,炉内的温度、加热速度和冷却速度都可以根
    锦正茂科技 2025-04-02 10:13 63浏览
  • 探针本身不需要对焦。探针的工作原理是通过接触被测物体表面来传递电信号,其精度和使用效果取决于探针的材质、形状以及与检测设备的匹配度,而非对焦操作。一、探针的工作原理探针是检测设备中的重要部件,常用于电子显微镜、坐标测量机等精密仪器中。其工作原理主要是通过接触被测物体的表面,将接触点的位置信息或电信号传递给检测设备,从而实现对物体表面形貌、尺寸或电性能等参数的测量。在这个过程中,探针的精度和稳定性对测量结果具有至关重要的影响。二、探针的操作要求在使用探针进行测量时,需要确保探针与被测物体表面的良好
    锦正茂科技 2025-04-02 10:41 61浏览
  • 据先科电子官方信息,其产品包装标签将于2024年5月1日进行全面升级。作为电子元器件行业资讯平台,大鱼芯城为您梳理本次变更的核心内容及影响:一、标签变更核心要点标签整合与环保优化变更前:卷盘、内盒及外箱需分别粘贴2张标签(含独立环保标识)。变更后:环保标识(RoHS/HAF/PbF)整合至单张标签,减少重复贴标流程。标签尺寸调整卷盘/内盒标签:尺寸由5030mm升级至**8040mm**,信息展示更清晰。外箱标签:尺寸统一为8040mm(原7040mm),提升一致性。关键信息新增新增LOT批次编
    大鱼芯城 2025-04-01 15:02 190浏览
  • 在智能交互设备快速发展的今天,语音芯片作为人机交互的核心组件,其性能直接影响用户体验与产品竞争力。WT588F02B-8S语音芯片,凭借其静态功耗<5μA的卓越低功耗特性,成为物联网、智能家居、工业自动化等领域的理想选择,为设备赋予“听得懂、说得清”的智能化能力。一、核心优势:低功耗与高性能的完美结合超低待机功耗WT588F02B-8S在休眠模式下待机电流仅为5μA以下,显著延长了电池供电设备的续航能力。例如,在电子锁、气体检测仪等需长期待机的场景中,用户无需频繁更换电池,降低了维护成本。灵活的
    广州唯创电子 2025-04-02 08:34 145浏览
  • 文/郭楚妤编辑/cc孙聪颖‍不久前,中国发展高层论坛 2025 年年会(CDF)刚刚落下帷幕。本次年会围绕 “全面释放发展动能,共促全球经济稳定增长” 这一主题,吸引了全球各界目光,众多重磅嘉宾的出席与发言成为舆论焦点。其中,韩国三星集团会长李在镕时隔两年的访华之行,更是引发广泛热议。一直以来,李在镕给外界的印象是不苟言笑。然而,在论坛开幕前一天,李在镕却意外打破固有形象。3 月 22 日,李在镕与高通公司总裁安蒙一同现身北京小米汽车工厂。小米方面极为重视此次会面,CEO 雷军亲自接待,小米副董
    华尔街科技眼 2025-04-01 19:39 204浏览
  • 文/Leon编辑/cc孙聪颖‍步入 2025 年,国家进一步加大促消费、扩内需的政策力度,家电国补政策将持续贯穿全年。这一利好举措,为行业发展注入强劲的增长动力。(详情见:2025:消费提振要靠国补还是“看不见的手”?)但与此同时,也对家电企业在战略规划、产品打造以及市场营销等多个维度,提出了更为严苛的要求。在刚刚落幕的中国家电及消费电子博览会(AWE)上,家电行业的竞争呈现出胶着的态势,各大品牌为在激烈的市场竞争中脱颖而出,纷纷加大产品研发投入,积极推出新产品,试图提升产品附加值与市场竞争力。
    华尔街科技眼 2025-04-01 19:49 204浏览
  • 职场之路并非一帆风顺,从初入职场的新人成长为团队中不可或缺的骨干,背后需要经历一系列内在的蜕变。许多人误以为只需努力工作便能顺利晋升,其实核心在于思维方式的更新。走出舒适区、打破旧有框架,正是让自己与众不同的重要法宝。在这条道路上,你不只需要扎实的技能,更需要敏锐的观察力、不断自省的精神和前瞻的格局。今天,就来聊聊那改变命运的三大思维转变,让你在职场上稳步前行。工作初期,总会遇到各式各样的难题。最初,我们习惯于围绕手头任务来制定计划,专注于眼前的目标。然而,职场的竞争从来不是单打独斗,而是团队协
    优思学院 2025-04-01 17:29 191浏览
我要评论
0
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦