现代射频同轴连接器优化设计技术

下一步是端口设置：将两端连接器界面设置成50Ω端口。然后就可以设置求解条件：点频1.6GHz，10次迭代，最大误差0.01；Fast扫频方式、0.6－2.6GHz，分为50份。下面就可以开始进行初步求解了。计算后选择显示电压驻波比，则可得到图5a中显示的曲线。

图5a　Ansoft模拟电压驻波比曲线 

3.3　参数的设置及优化

为了做便于进行优化，要在模型中引入参数。分析上图曲线，和我们所需要的结果比较接近，带宽已经足够，但频带有些上移，中心低点没有完全形成。虽然0.9－2.6GHz时电压驻波比小于1.2，但中心峰值已接近1.2，有些过高，其主要因素就是Z1a和Z1b段的过渡。Z1处1/4波长金属支撑已经是较细了，再细会影响到电流处理能力，所以可以调节的只有Z1b和Z2了。将Z2段内导体外半径设为可变参数SizeR1，范围3.9－4.0，每步0.05mm；将Z1b段外导体内径设为可变参数SizeR2，范围7.8－8.1，每步0.05mm；将Z1b段的长度设为SizeL，范围32－40，每步0.5mm。设置显示参数然后优化，优化后的曲线如下图所示：

图5b　Ansoft模拟优化后的电压驻波比曲线

图6　最终产品结构图

 3.4　模型的转化

将优化计算得到的数据用于产品的设计当中，根据生产工艺能力状况对内、外导体进行合理拆分，并考虑1/4波长金属支撑部分接地的可靠性和保留一定的调节量，得到最终设计结果（如图6所示）。

样品生产后经测试发现实际通频带略有偏移，且带宽不足：中心频率约为1.55GHz，通频带为0.78-2.36GHz。通过将D1b尺寸加大0.2mm，并对1/4波长金属支撑接地端螺母进行调整，以改变L1b的长度，使整体性能达到了要求：0.80-2.40GHz电压驻波比小于1.20。驻波测试曲线如图7所示。

图7　宽带防雷器样品测试曲线（2.4GHz时驻波比为1.13）

4　时域分析优化设计法

射频同轴连接器的时域分析优化设计法是指通过时域测量分析的方法对设计样品进行测试验证，找出设计缺陷，并进一步进行设计优化，以提高连接器电性能的方法。

仿真优化设计技术是基于按传统设计理论建立的原始模型、在样品生产之前进行的设计优化工作，按其结果设计生产出样品后，要对样品进行测试验证，看其是否达到设计输入的要求。频域测量能给出被测连接器及电缆组件关于频率的综合特性，如电压驻波比、插入损耗等，这对判断样品是否符合设计输入要求是非常重要的。但当需要对射频同轴连接器或电缆组件进行诊断，需要判断或分离出集中反射点或阻抗的不连续段时，频域测量就无能为力了。而这些方面却正是时域测量所擅长的。

4.1　时域测量简介

时域测量的方法一般有直接测量和间接测量两种方法。直接测量是在脉冲激励下测量被测件的响应，从响应中直接获取需要的电参数。只要脉冲前沿上升时间足够短（如15PS以内）、接收机频带足够宽，直接测量法可提供很高的分辨率，常见的仪器配置为取样频率较高的取样示波器加射频分析模块和射频探头。

间接法测量是在扫频连续波激励下，先测被测件的频率响应，再把此响应利用傅里叶反变换转换到时域中。目前多数的矢量网络分析仪增加时域模块后都可具有间接时域分析功能，如HP8510，Wiltron的360系列、373系列等。矢量网络分析仪是射频同轴连接器生产厂家必备测试设备，这里就介绍一下利用Wiltron的37347A型矢量网络分析仪进行时域分析，对连接器进行设计优化的方法。

时域测量有两种工作模式。一种是低通（LOWPASS）模式；另一种是带通（BANDPASS）模式。低通模式可提供较高的分辨率；带通模式则便于去除掉不需要的响应和干扰。

低通模式常被用来模拟传统时域反射计测量，提供的信息可断定不连续点或中断的位置和类型（电阻、电容、电感），而这些正是射频同轴连接器设计优化过程中最有价值的信息。低通模式又有两种激励方式：阶跃激励（STOP）和脉冲激励（IMPULSE），其响应曲线的含义不同：

低通阶跃激励S11实部　　　　               　　　　　低通脉冲激励S11实部

图8　低通法两种激励模式响应曲线的含义

对无源器件进行时域分析时，低通模式一般进行的是反射测量，即单端口测量，仪器与被测件的连接如图9（a）所示。测量中水平轴响应是双向传输时间的间断点，光标表示双向时间和沿着轨迹的电长度。垂直轴响应经傅立叶反变换后仅有实数部分，它表示的是反射信号电压。由图8的两组曲线可以看出，在进行连接器时域测量分析中，低通阶跃激励的实部可以提供更为直观的不连续点的特性信息，便于对响应进行分析，是我们进行射频同轴连接器优化设计过程中最常用到的时域测试方法，它同