射频同轴连接器的选择.docx
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射频同轴连接器的选择
射频同轴连接器的选择
∙ 用户在选用射频同轴连接器时，既要考虑性能要求又要考虑经济因素，性能必须满足系统电气设备的要求，经济上必须符合价值工程要求，在选择时主要从以下四方面考虑：
·连接器接口（SMA、SMB、BNC等）
·电气性能、安装及电缆
·端接形式（PC板、电缆、面板等）
·机械构造及镀覆层（军用、商用）
1.连接器接口
连接器接口通常由它的应用所决定，但同时要满足电气和机械性能要求。
BNC型连接器采用卡口式连接，多用于频率低于4GHz的射频信号连接，广泛用于网络系统、仪器仪表及电脑互联领域。
TNC除了螺纹连接外，其界面与BNC相仿，在4GHz仍能使用，在振动条件下性能优良。
SMA螺纹连接器广泛应用于航空、雷达、微波通讯、数字通信等军用民用领域，其阻抗为50Ω，配用软电缆频率低于12.4GHz,半刚性电缆最高达到26.5GHz。
SMB体积小于SMA，为插入式结构，便于快速连接，主要应用在数字通讯领域，是L9的换代产品，50Ω满足4GHz，75Ω用于2GHz。
SMC与SMB相仿，因有螺纹保证了更可靠的机械性能及更宽的频率范围，主要用于军事或高振动环境。
N型螺纹连接器用空气作绝缘材料，造价低，阻抗为50Ω及75Ω，频率可达11GHz，通常用于区域网络、媒体传播和测试仪器上。
特尔联公司提供MCX系列连接器体积小，接触可靠，适用于设备内部狭小空间中的使用，在邮电通讯领域有广泛的应用前景。
2.电气性能、安装及电缆
（1）阻抗
连接器应与系统及电缆的阻抗匹配。
应注意到不是所有连接器的接口都符合50Ω或75Ω的阻抗，阻抗不匹配会导致系统性能下降。
（2）电压
确保使用中不能超过连接器的最高耐压值。
（3）最高工作频率
每一种连接器接口都有个最高频率限制。
有些商业用75Ω的设计有最低频率限制，。
除电气性能外，每种接口形式都有其独特之处。
如：
BNC为卡口连接，使用方便且价格低廉，在低性能电连接中得到广泛使用；SMA、TNC系列为螺纹连接，满足高振动环境对连接器的要求，SMB具有快速连接断开功能，因而越来越受到用户青睐。
（4）传输电缆
电视电缆因其屏蔽作用小通常用于只考虑阻抗的系统。
电视软电缆为电视电缆的变形，它有相对较为连续的阻抗及较好的屏蔽效果，能弯曲，价格低，广泛应用于电脑业，但不能用于屏蔽性能要求高的系统。
屏蔽软电缆消除了电感及电容，主要用在仪器和建筑上。
软性同轴电缆由于其特殊的性能而成为最普通的密闭传输电缆。
同轴意味着信号和接地导体在同一轴上，外导体由细密的编织线构成，所以又称编织同轴电缆。
此电缆对中心导体有良好的屏蔽效果，其屏蔽效果效率取决于编织线类型和编织层厚度。
除有效弥补了编织电缆在高频时屏蔽效果不佳的缺点。
频率很高时通常都使用半刚性电缆。
（5）安装
连接器安装方法主要有两种：
A.焊接中心导体，旋接屏蔽层。
B压接中心导体，压接屏蔽层。
其他方法都由以上两种方法派生出来，如：
焊接中心导体，压接屏蔽层。
方法A用于没有特殊安装工具的场合；由于压接式安装方法工作效率高、端接性能可靠，且专用压接工具的设计确保生产出来的每一个电缆组件都是相同的，所以随着低造价安装工具的发展，焊接中心导体，压接屏蔽层将日益受到欢迎。
3.端接形式
特尔联公司提供的连接器可用于射频同轴电缆、印刷线路板及其他连接界面。
实践证明一定形式的连接和一定型号的电缆相匹配。
一般外径细小的电缆与SMA、SMB等小型同轴连接相连。
可参考电缆尺寸一览表来选择合适的连接器。
4.机械构造及镀覆层
连接器的结构将极大影响它的价格。
每一种连接器的设计都包括军标和商业标准。
军标MIL-C-39012制造，全铜零件、聚四氟乙烯绝缘、内外镀金，性能可靠。
商业标准的设计使用廉价材料如黄铜铸体、聚丙烯绝缘、银镀覆等。
连接器材料有黄铜、铍青铜和不锈钢。
中心导体一般用金镀覆，因其低电阻，耐腐蚀且有优良的密闭性。
军标要求在SMA、SMB上镀金，在N、TNC及BNC外导体上采用银镀覆，但因银易氧化，许多用户更喜欢镀镍。
常用的连接器绝缘材料有聚四氟乙烯、聚丙烯及改性聚苯乙烯，其中聚四氟乙烯绝缘性能最好，但生产成本较高。
连接器的用材及结构影响着连接器的加工难度及加工效率，所以用户根据自己的应用环境，合理选择性能价格比好的连接器.
射频同轴电缆设计和制造中若干问题的分析
1引言
射频同轴电缆主要应用于电子通信设备、无线电通信系统的射频发射单元、楼宇布线及CATV的分配和接入网，以其宽频
带、高速率的多媒体传输性能而广泛使用。
作者长期从事于射频电缆的研究和开发，并有机会与同行，以及网络运管商
切磋交流，期望把自己在设计和制造中的一些心得体会以杂谈的形式与大家交流，并望得到大家的指教，共同提高，共
同进步。
本文主要论述基站用射频同轴电缆设计和制造的若干问题的分析，以及如何解决，供有关人员的参考。
2损耗与驻波
2.1损耗和驻波峰值的计算
射频同轴电缆的损耗和驻波分别表征了电缆传输效率及其均匀性，是最重要指标之一。
对于这些传输参数的计算是非常
重要的，它可以分析电缆产品性能并反馈于电缆的设计或修改设计方案是必不可少的。
其计算公式如下：
α=αR+αG+Δα ..............
（1）
αR=2.61sprt（fε）（K1/d+K2/D）/lgD/dαG=91fsprt（ε）tgδΔα=10lg[（S+1）2/4S]
式中：
α为电缆衰减（dB/1000m）；
αR为导体衰减（dB/1000m）；
αG为介质衰减（dB/1000m）；
Δα为失配衰减（dB/1000m）；
f为工作频率（MHz）；
ε为相对介电常数;
K1、K2分别为内、外导体结构材料系数；
d、D分别为内、外导体的等效直径（mm）；
tgδ为绝缘的介质损耗角正切；
S为电压驻波比。
光电缆中出现2倍波长的不均匀性时，就会出现驻波峰值，若电磁波波速为3×108m/s，则
f（/Δf）=150/（sprt（ε）×h）..................
（2）
式中：
f（/Δf）为测试频率或频率差（MHz）；
h为阻抗不均匀点的长度（m）。
驻波峰值在电压驻波比（VSWR）测试时表现出两种形式：
一种是在某频点出现，则可能由电缆中相应长度的周期性不均
匀所引起的;另一种在周期性频率点上出现，其频率差相对应的长度较长，则通常是由被测电缆的某一点损伤所引起的
，或因整根样品的阻抗不匹配导致的。
2.2实例分析
我国西部地区地广人稀，无线接入系统是实现该农村地区通信的一种主要手段。
某公司在该系统中使用5D-FB型射频同
轴电缆作为馈张。
该产品标准出自于日本关西电缆产品标准，其导线的直径为1.8mm，物理发泡聚乙烯绝缘外径为5.0mm
。
经过讨论和试验，发现该系统的发射系统在频率为247MHz、损耗＜13dB时，即可满足传播的覆盖范围为15～50km的要
求。
由此，某公司为了节约电缆制造成本，将该电缆的结构尺寸减小为：
导线直径1.4mm，绝缘线芯外径4.5mm，结果出
现电缆性能不够稳定，寻求作者帮助解决。
该公司提供了图1、2所示的改型后的产品实测数据（试样长为20.15m）。
图1改型后电缆的驻波及及圆图曲线
从图1、2可知，当效率300MHz时的衰减为11.76dB/100m，与原5D-FB的指标相接近，甚好；但是其电压驻波比（VSWR）
在318MHz处达1.7349，超过了原技术指标。
本人认为这主要是由于电缆阻抗不匹配所引起的，于是在矢量网络分析仪上
取其11个峰值点，并前后频率差值除以10，得到频率差Δf=6.2MHz，按式
（2）计算可得ε=1.44，再由式（3）和式（4）求得
电缆的波阻抗Zc（Ω）和工作电容C（pF/m）
Zc=138lg（D/d）/sprt（ε）...............（3） =138lg（4.5/1.4）/sprt（1.44） =58.3C=24.13ε/lg
（D/d）........................（4）=24.13×1.44/lg（4.5/1.4）=68.5
图2改型后电缆的衰减-频率特性曲线
由式（3）可知，Zc=58.3Ω已超过标准规定值，这是造成驻波比过大的根本原因，经计算设计，认为导线直径仍为1.4mm
，但绝缘外径改小为3.9mm是较合理的，在线测试电容为82pF/m。
经结构尺寸修正后投入试生产，并对产品进行抽样试
验。
试验结果见图3、4，试样长度为19.5m。
图3修正后电缆的驻波及圆图曲线
从图3、4可知，Δf=6.2MHz，相应波阻抗Zc=49.5Ω，在147MHz时损耗α=8.78dB/100m，265MHz时α=12.11dB/100m，
460MHz时α=16.87dB/100m，而其驻波峰值在462MHz处为1.33。
这些指标均完全满足使用的要求。
由此可知，当产品结
构改型时，要首先进行设计计算，否则有可能像上述公司那样错误认为增大绝缘外径，减小电容，就可获得较低损耗，
但结果却适得其反。
图4修正后电缆衰减-频率特性曲线
为了更好地说明电缆衰减中导体与介质之间所占比例，可以通过式
（1），以及上述已知测试值（图3、图4）进行运算来
说明问题。
为了简略起见，把导体常数K1、K2以1代入（圆铜线为1），此时导体衰减分量可能偏小，而计算出介质损耗
为最大值，但不影响分析。
将上述147MHz（S=1.1）和460MHz（S=1.2）的衰减值代入式
（1）可得以下联列方程
{69sprt（ε）+13377sprt（ε）tgδ+0.5=87.8.........（5）122sprt（ε）+41860sprt（ε）tgδ+1.8=168.7........
（6）
解之可得：
sprt（ε）=1.132；tgδ=6.1×10-4。
并将它们代入460MHz频点的衰减公式（6）可得αR=138.1
（dB/1000m）...............（8）αG=28.9（dB/1000m）................（9）
从式（7）、式（8）可知，在460MHz频点时，导体损耗占该电缆总损耗的80%，而其中内导体占总损耗的60%，这说明要降低
产品的损耗，首先要从内导体上下工夫。
同样也可以看出：
介质损耗与频率f成正比，而导体损耗仅仅与频率的开方根
成正比。
例如，在较低频率147MHz时，其导体损耗占总损耗90%，但随着传输频率增加，尤其传输频率达几千兆赫后，
介质损耗起着主导地位，这一点在本文第4节中将详细介绍。
3导体的结构和选择
3.1复合铜线和铜层厚度
射频同轴电缆是传输射频信号，因此信号在导体传输中产生集肤效应，即信号仅仅在电缆的内导体外表面和外导体内表
面进行有效传输。
内导体除采用实心铜线外，还经常使用铜包覆线或空心铜管，以增加强度或节约材料，其中也包含着
集肤效应原因，提高有效的传输。
对于铜包覆线，如铜包钢线来说，铜层的厚度δ＞0.07mm·sptr（f）（f单位为MHz），即可实现同规格纯铜线的传输效
果。
国家标准规定铜包钢线电阻率≤0.059Ω·mm2/m（即电导率为29.7%IACS），以直径为1.6mm铜包钢线为例，铜电阻
率为0.0175Ωmm2/m，钢电阻率为0.147Ωmm2/m，将钢丝及其表面铜层看作两个导体并联，可算出表面铜层的厚度为
0.025mm，代入δ＞0.07·sptr（f）可知，当传输频率大于1.67MHz时，其完全等效于同规格的实心圆铜线。
了解了这计
算方法，对于企业采购原材料是非常有用的。
3.2实例分析
Amphenol公司中国分公司需要RG-213同轴电缆，作为移动通信基站跳线，但该产品采用3/8in皱纹铜管外导体，弯曲性
能太差，故提出电缆改型的要求。
开始由英国和瑞士等两家电缆制造厂提供编织铜丝外导体的电缆样品供其试用，但经
采购认证试验后达不到使用要求，然后转向本厂并提出试制的要求。
用户提出的产品技术要求:
试样的长度，即电缆和
组件长度为2.25m（即包括两端接插连接器），在2000MHz以下传输损耗＜0.9dB，回波损耗＞15dB。
经考虑，作者承诺
两周内送样，参与国外产品的竞争。
（1）设计前分析及试制据查，MIL17/74RG-213/U产品结构为：
内导体为7×0.75mm铜绞线，绝缘为实心的聚乙烯，外径
为7.25mm;外导体为φ0.18mm裸铜丝单层编织；外护套为聚氯乙烯，外径10.3mm，英国公司提供的产品：
内导体与绝缘
的材料和结构尺寸与RG-213/U相同，不同的是外导体采用双层编织铜丝，护套PVC外径为10.8mm，实际上是MIL17/75RG
-214/U的标准产品。
电缆及组件的总损耗（包括射频同轴电缆本体损耗与两端连接器接入损耗）＜0.9dB。
每只连接器接入损耗为0.07·
sptr（f）（f单位为GHz），按最高频率2GHz计算，每只连接器接入损耗约为0.099dB，因此要求电缆损耗小于0.31dB/m
。
若采用普通型聚乙烯绝缘料（tgδ=5×10-4）时，按式
（1）计算求得的衰减理论值约为0.344dB/m，不能采用；若采用高
纯净聚乙烯绝缘料（tgδ=5×10-4），衰减理论值约为0.233dB/m，可以满足指标要求。
因此必须采用高纯净聚乙烯绝缘
料。
按指标规定回波损耗（SRL）＞15dB，可通过以下公式计算，判别是否可以达到要求。
srl=-20lgΓ＞15 Γ＜
10-（15/20）=0.177828 S＜（1+Γ）/（1-Γ）=1.433 式中，Γ为反射系数；S为电压驻波比。
通常电压驻波比S＜
1.433，这容易达到的。
对于编织外导体而言，由于耦合（漏泄）损耗也是信号另一不可低估传输损耗，为了达到减低耦合损耗的目的，要求编
织密度达95%。
本产品试制中采用：
（1）24×9×0.18mm裸铜丝单层编织；
（2）24×9×0.18mm+24×7×0.18mm双层编织。
为避开回波损耗峰值（由式
（2）周期性回波公式可知，2000MHz时对应周期长度约为48.9mm），编织节距选取40mm。
按上述设计要求，试制了产品并进行试验，试验结果:
（1）单编织外导体产品在2000MHz时电缆衰减为0.412dB/m；
（2）双
编织外导体产品衰减为0.367dB/m，均不能满足＜0.31dB/m的指标要求。
（2）采用铜箔+编织的外导体结构上述试验结果
表明减小编织织外导体的耦合损耗是多么重要。
经思考决定采用铜箔+编织的外导体结构，测试结果如图5、图6所示。
从图5可知，当频率为2000MHz时，电缆衰减为0.287dB/m，完全满足使用的要求，然后送样给用户即通过采购认证.
IEC/TC46年会圆满召开
∙[2005-11-29]
二零零五年一月十七日至二十一日，IEC/TC46（国际电工委员会第46技术委员会）年会在德国法兰克福DKE中心举行，共有十三个国家、四十一名代表参加了会议，IEC/TC46是IEC关于电线电缆、波导、射频同轴连接器及射频微波无源器件的专业技术委员会，其根据产品又细分为SC46A、SC46C和SC46F，射频同轴连接器及电缆组件便属于其中SC46F。
本次参加SC46F的共七个国家十四位代表。
其中来自亚洲的仅有中国代表团和日本代表团。
中国代表团由三人组成：
信息产业部电子标准化研究所吴正平、天津609厂张国菊和西安富士达科技股份有限公司武向文。
会议由秘书长GuyPerrot先生主持。
首先对技术委员会两年来的工作进行了简要总结，接下来通报了近期需要和相关技术委员会进行协调的工作。
会议还针对MCR报告及几项NP提案进行了讨论和表决，其中包括IEC61580and61580-4的更正、IEC61196-4两种电缆损耗测试方法对比、F接头结构的新提案、SC46F/7/NP（Measurementmethodsforreflectivityofelectromagneticabsorbersinmillimeter wavefrequencyrange）和SC46F/17/NP（CavityResonatorMethodtoMeasuretheComplexPermittivityofLow-LossDielectricPlates）等等。
在本次年会上，中国代表团向IEC提交了我国第一份射频同轴连接器标准提案：
《STWX8系列射频同轴连接器规范》。
这一技术标准是西安富士达科技有限责任公司（西安富士达科技股份有限公司的前身）根据其专利产品STWX8系列射频同轴连接器编制起草的系列规范，由中国电子标准化委员会协助上报IEC提案。
STWX8系列射频同轴连接器是一种可实现快速插拔的插入自锁式射频同轴连接器，可传输4GHz以内中小功率微波信号，结构紧凑、连接可靠、电性能稳定。
它可广泛用于雷达通信系统、武器装备及仪器仪表中，具有很高的推广价值。
其结构尺寸及功能也正好是现在国际流行连接器中所缺少的，填补了射频同轴连接器在这一方面的空白。
提案一经提出就得到了德国、芬兰等国代表的支持。
经讨论，IEC接受了这一提案，并对中国代表团的工作表示了肯定。
在总结会上，TC46分会主席HelmeBerry先生说IEC近些年专著于测试方法及与相邻专业间的技术统一问题，已经好久没有接受过新的连接器标准提案了，IEC非常高兴接受中国代表团的提案，这一提案不仅内容完整新颖，而且格式完全符合IEC最新的要求，对中国代表团前期所做的工作予以高度赞扬。
目前，IEC颁布了该提案的标准编号：
IEC61169-37,并下发标准草案，征求各国技术委员会意见。
该标准在IEC的提案，显示了我国射频连接器标准在国际上空缺局面的结束，同时也证明了我国射频连接器技术正在逐步与国际接轨，这不仅对富士达公司，而且对我们国家整个连接器行业均有着重大意义。
中国射频同轴连接器市场面面观
射射频同轴连接器作为一种重要的电气连接元件，在各种电子设备、仪器、电子信息系统中起举足轻重的作用。
经过几十年的发展，射频同轴连接器形成了独立完整的专业体系，成为连接器家族中重要组成部分。
而国内信息产业的快速发展更是有力地带动了射频连接器市场的不断壮大。
为了向读者介绍射频同轴连接器领域最新的市场和技术信息，本刊采访了西安科耐特科技有限公司副总经理高迁、四川华丰企业集团有限公司副总经理周付兵和安费诺中国区营销经理肖一，希望他们的观点能对读者了解、选择和使用射频同轴连接器有所帮助。
多功能、可靠性是射频同轴连接器的发展趋势
除了追求小型化和高频率这两个关键的技术项目，射频同轴连接器厂商还在产品的多功能及可靠性方面不断加以改善。
现在射频连接器除起信号连接作用外，还兼有处理信号的功能，如滤波、调相位、混频、衰减、检波、限幅等。
此外，低驻波、低损耗、大容量、大功率以及安装的方便性也成为厂商努力的目标。
“随着生产工艺的改变，现在已经出现了冲压的技术，过去是车削的，现在通过冲压一次成型，这样可以把体积做得更小，整个连接器的高度也不到2、3个毫米，现在有的同轴连接器已经做的象芝麻一样小了。
”安费诺公司中国区营销经理肖一这样向我们描述射频同轴连接器的技术现状。
在射频同轴连接器生产技术方面，国内厂商和国际制造商相比已不相上下，无论是研发水平，还是生产工艺以及市场行销都令外资同行瞩目。
西安科耐特科技有限公司是一家射频同轴连接器的专业制造企业，谈到射频同轴连接器的技术发展趋势，该公司副总经理高迁表示，为配合通信设备的小型化、模块化和集成化的发展需要，更小的、可密排的、可盲插的、可表面贴装的射频同轴连接器需求量将大量增长。
他说：
“随着无线技术的发展，会出现更多新型的应用无线技术的消费类终端产品，对一些复合材料和结构较廉价的射频同轴连接器需求量将大量增长。
此外，随着卫星通信和军事工业的发展，应用频率更高、可靠性要求更高的射频同轴连接器需求量将增长。
”
该公司今后将更多生产一些更小型的、可密排的射频同轴连接器产品，例如MMCX系列、GPO（SMP）系列、D-Sub系列、2毫米系列等。
同时，该公司在提高产品安装效率和可靠性方面下了很多功夫。
如它们在与国际上C4系列能够很好对插的基础上改制了C4的结构，推出TC4系列，有效提高了一次插入率。
又如，其推出的柔性盲插射频同轴连接器（DB4系列）在整个对插过程阻抗恒定不变，保持良好的电性能，使D型盲插连接器的使用频率由0-2GHz提高到0-32GHz。
四川华丰企业集团有限公司是一家军工企业改制的国内大型连接器生产厂家，该公司亦不遗余力地发展产品技术以增强国际竞争力。
该公司近期将投入资源进行高技术水平射频连接器的研发和系列扩展，主攻方向是现在已有一定技术基础的SMT和press-in的RF连接器，以使公司在高技术、高附加值的产品上有所突破。
该公司副总经理周付兵指出：
射频连接器目前已经向表面贴装SMT和压入式无焊安装Press-in方向发展，未来一两年内这种趋势将进一步强化，并最终成为射频连接器的主流。
肖一还表示，射频同轴连接器是一个很传统的产品，跟所有的连接器一样，它会做小型化。
而且性能会要求越来越好。
它的发展趋势跟其它连接器一样是高密度，小型化和高速度。
该公司很多新产品都是客户定制产品，每年新产品的销售额占总销售额的30%。
价格持续走低，厂家缩减成本,由于竞争加剧，射频同轴连接器的市场价格也是持续走低，各供应商都在想方设法缩减成本，如扩大生产规模化解成本压力以及通过本地化、本土化来实现运营成本的降低等。
科耐特公司通过近两年的场地及设备的更新和扩充，目前已达到年产射频同轴连接器1,000万只，射频电缆组件600万根的规模。
高迁说：
“产能扩充后，我们的交货期较以前提高了20%至30%。
价格也有所下降，常规产品的价格较去年降低了约3-5%，新产品的价格较去年降低了约10-15%。
”
华丰的周付兵说：
“我们的射频同轴连接器交期一般都在3周左右，对于重点客户也可以做到10天。
从近几年的情况看来，射频同轴连接器的价格可以说是直线下降，其利润也相当低。
”该公司规划将从多方面改善以实现跨越式的发展，在未来三年里，销售额的目标是5千万美元；新拥有的专利不低于100个；在通讯类产品上实现6σ的质量控制目标；核心产品调整到IT、汽车、军工和专用领域连接器以及开展更广泛的国际合作等等。
肖一表示，安费诺都是直接送货到客户，因此能完全满足客户的交期。
他说：
“整个连接器行业的价格走势是稳中有降。
我们会努力地持续降低成本，包括员工的本地化、生产效率提升以及通过整合全公司所有资源以达到合理利用和原材料采购本地化等，未来三到四年内，将会以每年超过一家的速度在中国扩建工厂。
”
给买家的话：
注重综合成本,针对客户在选择供应商的标准问题，三位业界专业人士都给出了自己的看法。
高迁说：
“首先当然是尽可能选择产品的原始制造商，以减少中间的分销环节产生的额外成本，同时在技术和质量方面可以得到厂家更直接的支持和保证；其次客户要对自己产品的使用要求比较清楚，既避免因追求不必要的高性能、高质量和高可靠的产品所带来的高成本，又要避免因过度追求成本的低廉，造成产品的质量和性能无法满足使用要求。
"
"RF连接器一个显著的特点就是规模产生效益，所以客户在选型时应尽量选
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