如何降低射频同轴连接器电压驻波比

2.2 结构参数偏差对VSWR的影响。

2.2.1. 机械加工公差对特性阻抗的影响

射频同轴连接器的特性阻抗由下式确定：

  或

式中：
Z --表示特性阻抗单位Ω；
D--外导体内径单位mm；
D--内导体外径单位mm；
ε_r--绝缘介质的相对介电常数。

在产品零件的生产加工过程中，任何尺寸都不可避免地存在尺寸公差。内外导体直径的公差对特性阻抗的影响为：
对50Ω空气线：
对50Ω介质线：

式中：
_△D--外导体内径的公差；
_△d--内导体外径的公差；
_△ε_r--绝缘介质相对介电常数的误差；
_△Z_o--引起的特性阻抗的偏差。

由内、外导体直径的公差引起的电压驻波比为：

2.2.2. 不同轴度引起的特性阻抗的偏差

图2.  d和D的偏心度

连接器内、外导体的横截面由于制造或装配的原因会出现不同轴，假设不同轴度为e，如图2所示。由于不同轴度e的作用，改变了传输线中该段的分布电容，所产生的阻抗误差为：

式中，页号表示特性阻抗变小。

对于50Ω的连接器，其阻抗误差为：

2.2.3. 内、外导体上的槽对特性阻抗的影响

为了保证弹性接触的需要，在连接器的内、外导体上常开有不同数量的轴向槽，由于开槽，使该处的导体直径变小，引起该处的特性阻抗变化，这些槽引起的特性阻抗的偏差为：

式中：
_△Z--特性阻抗变化的百分数；
N--为开槽的数目；
ω--为内导体上的槽宽；单位：mm；
W--为外导体上的槽宽；单位：mm；
d--内导体外径；单位：mm；
D--外导体内径；单位：mm；

2.2.4. 内、外导体上轴向间隙对特性阻抗的影响

图3.插针和插孔的连接配合

同轴连接器配对连接后，总是希望插头和插座两者的内、外导体在轴向实现紧密接触。但由于机械结构的原因，要达到两者都能紧密接触是非常困难的。为了预防插损内导体，通常设计时使外导体端面紧密接触无间隙，允许内导体的接触端有微小间隙。设内导体的接触端面间隙为g，如图3，该间隙所引起的电压驻波比取决于间隙的宽度和阴性接触件的槽宽。引起的驻波比的计算公式如下：

式中：
f--为工作频率；  单位：GHz；
g--内导体间隙宽度；单位：mm；
d_g--内导体插针的直径；单位：mm；
ω--插孔上的槽宽；单位：mm；
d--内导体外径；单位：mm；
N--内导体插孔上槽的数目。

因种种原因，外导体接触端面存在间隙时，设间隙为G，则引起的驻波比的相应公式为：

式中：
f--为工作频率；单位：GHz；
G--外导体端面间隙宽度；单位：mm；
D_g--间隙区内外导体直径；单位：mm；
D--外导体标称内径；单位：mm；
W--外导体接触件上的槽宽；单位：mm；
N--外导体接触件上开槽的数目。

2.3 绝缘支撑的轴向位置和结构设计对特性阻抗的影响。

为了支撑内导体，不得不设置绝缘支撑，绝缘支撑的设置，不得不切割内、外导体。内切割内导体和外切割外导体不可避免地在绝缘支撑的表面引起不连续电容，形成反射；绝缘支撑的厚度和绝缘支撑相互之间的距离若设计不当，也会引起反射。所有这些都会影响射频连接器的电压驻波比。

2.3.1. 阻抗设计

当作宽带绝缘支撑设计时，根据基本设计原则1，在绝缘支撑内部的特性阻抗必须和与之相连的空气介质区的特性阻抗相同。如果在绝缘支撑和内、外导体的金属表面存在空气隙，则很容易致使截面上的相对介电常数发生变化，因而对该处的特性阻抗会有很大的影响。当特性阻抗有偏差时，该偏差引起的驻波比由下式给出：

式中：
S是以百分数表示的驻波比；
_△Z是以百分数表示的特性阻抗的误差；
f是以GHz为单位的频率；
f_o是以GHz为单位的频率，在这个频率时，绝缘支撑的电长度是一个波长。

对切割内、外导体处绝缘支撑表面引起的不连续电容，通常采用挖去部分材料的办法，进行共面补偿，由界面补偿的小误差引起的驻波比由下式给出：

式中：S、f和f_o与前含义相同；
Δx是在1.0GHz时以百分数表示的单一面上的驻波比。

当工作频率不高时，可以采用高阻设计。即绝缘支撑内部的特性阻抗Z_ε略高于标称阻抗Z。，通常的作法是取Z_ε=1.08Z。有时也采用几何平均值两段式过渡的方式，即满足等式：  。Z₁表示第一段的阻抗，Z₂表示第二段的特性阻抗。

2.3.2. 绝缘支撑的厚度

在均匀同轴传输线中绝缘支撑的谐振频率是绝缘支撑长度(厚度)及其相对介电常数的函数，在厚度B一定时，谐振频率随介电常数ε_r的减小而升高，在ε_r一定时，谐振频率随绝缘支撑的厚度B的减小而升高。当B趋近于零时，就成为一个空气同轴线，其谐振频率由它的截止频率所决定。而当B接近外导体直径D时，由于绝缘支撑的谐振作用使得同轴线中的电磁波传输极不稳定，并使同轴线的截止频率受到约束而下降。可见，绝缘支撑的厚度必须小于外导体的直径，即B＜D，而且厚度B越薄越好。为避免在同轴线中出现高次模，绝缘支撑的厚度B应满足式：