关于SMA连接器设计的几个问题和改进建议

李明德

(中国电子科技集团公司第四十研究所)

关于SMA连接器设计的几个问题和改进建议

李明德

(中国电子科技集团公司第四十研究所)

本文针对目前我国射频连接器市场上SMA型射频同轴连接器存在的薄壁、单一环氧树脂灌封和两槽插孔问题进行具体分析，指出其中不足，并提出具体的改进建议，以利于提高我国SMA型射频同轴连接器的质量和整体水平。

SMA型射频同轴连接器;薄壁;厚壁;单一环氧树脂灌封;两槽插孔

1 引言

SMA型射频同轴连接器，最早是由美国Bendix公司在上世纪五十年代后期为配接当时的直径为0.141英寸半硬同轴电缆专门设计的。采用1/4" 36UNS英制螺纹连接，配合界面用聚四氟乙烯(PTFE)填充，插孔开两槽，公差带较宽，结构比较简单，未打算长久使用，只应用于普通的电子系统中，更没有打算作为精密连接器使用。SMA型射频同轴连接器一经面世，便由于它的小型化、结构简单而在行业中得到了广泛应用。既便在工作频率较低小功率的应用场合，也因其成本较N型、BNC型和TNC型射频同轴连接器低而得到应用。最初设计的SMA型射频同轴连接器如图1所示。

图1 最初设计的SMA型射频同轴连接器的结构和关键尺寸

在图1中，(a)为阴性连接器，可以与两种结构的阳性连接器配接;(b)为阳性连接器，因后被标准引用，通常称为“标准”连接器(薄壁);(c)也是阳性连接器，因其直接用141半硬同轴电缆的内导体作为连接器的插针，电缆的介质为连接器的介质，电缆的外导体与连接器的外导体连在一起，形成厚壁结构，通常被称为“直通型”连接器。

SMA型射频同轴连接器从面世到现在已经过了半个多世纪。在半个多世纪里，世界各国针对SMA型连接器最初设计的先天不足，如薄壁外导体(单边仅为0.23mm厚)，两槽插孔，不精密，可重复性差，可靠性差和后来的单一环氧树脂灌封固定方式等进行了大量的广泛的研究，提出了多种改进措施。这些研究和改进措施，促进了射频连接器的小型化、精密连接器和可靠性的发展，并取得了多项优秀实用成果。但是，目前在我国射频连接器行业，我国设计制造的SMA型射频同轴连接器，很多生产厂家仍然延用SMA型连接器最初的设计结构，保持了其先天不足和后期产生的不良固定方式。这些问题主要表现在:薄壁外导体、单一环氧村脂灌封和两槽插孔。这些不良结构的存在严重影响着我国SMA型射频同轴连接器的质量和可靠性。本文试图针对目前我国射频同轴连接器市场上，SMA型射频同轴连接器存在的这些问题，推荐国际上成熟的、目前流行的改进措施和建议，以提高我国射频同轴连接器的行业水平。

2 改薄壁结构为厚壁结构

最初设计的SMA型阳性连接器，外导体内径为4.1529mm(0.1635英寸)，外导体插配外径为4.59max(0.1808英寸)，外导体单边厚度仅为 0.2286mm(0.009英寸)。这种近0.23mm的薄壁，机械加工时较难保证，废品率高。连接器在插配时，在旋转螺纹的压力下，外导体容易变形，导致界面尺寸不稳定，可重复性差，直接影响着SMA型射频同轴连接器的性能和可靠性。为了改进这种不良结构，世界各国研制出了与SMA型射频同轴连接器兼容的替代产品。这些产品主要有Amphenol公司和H.P公司联合研制的3.5mm和APC3.5型射频连接器、Wiltron公司研制的WSMA(类同3.5mm)和K型(2.92mm)射频连接器、Maury Microwave公司研制的MPC3(类同2.92mm)和MPC4射频连接器、Kevlin Microwave公司研制的KMC型和Weinschel Engineering公司研制的WPM4(类同2.92mm)型射频连接器。

由以上可以看出，这些改进型的连接器，除了MPC4仍坚持了薄壁结构外，其它的改进型基本上趋于两种类型，即3.5mm和2.92mm型。虽然这些可以与SMA型射频同轴连接器兼容，但在任何实际观念上却不能取代SMA，因而也不再把它们称为SMA。但这些改进型给我们一个重要启示，就是都是厚壁结构，插孔均开四槽。

在执行产品标准上，除了IEC60169－15规定的SMA型射频同轴连接器延用薄壁结构外，MIL标准和ESA标准规定的SMA型射频同轴连接器，在壁厚问题上均作了明确修正，不再标注外导体内径或内导体外径，保证按50Ω特性阻抗即可，但仍坚持保证了与国际上SMA型射频同轴连接器插配互换尺寸。MIL、ESA和IEC等标准规定的界面关键尺寸结构如图2所示。

从图2 MIL、ESA和IEC等标准分别规定的SMA型射频同轴连接器的界面结构和关键尺寸看，都是相同的英制螺纹连接，有关插配的结构和尺寸完全相同。因而，MIL、ESA和IEC标准三者规定的SMA型射频同轴连接器产品完全可以插配互换，都是充满固体介质的结构。关于内外导体直径的标注方法，IEC标准规定的SMA型射频同轴连接器界面沿用了原始SMA型射频同轴连接器的标注方法，仍然是薄壁结构，这样也就仍保留了其可重复性差和可靠性差的不足。而MIL标准和ESA标准规定的SMA型射频同轴连接器界面结构尺寸，没有注明外导体的内径或内导体的外径，只要满足50Ω的特性阻抗就行了。这样就为设计者提供了采用厚壁结构的空间，提高连接器的可重复性和可靠性。这正是MIL标准、ESA标准与IEC标准规定的SMA型射频同轴连接器的界面结构的重要区别之处。

在我国的射频连接器市场上，国外公司生产的SMA型射频同轴连接器大都采用了厚壁结构，例如，外导体内径为3.5±0.02mm。而我国的很多连接器生产厂家生产的SMA型射频同轴连接器产品，不论是军品，还是民品，仍旧采用薄壁结构。虽说这样设计有标准可依据，但仍表现出设计者缺乏对连接器可靠性设计的考虑。

图2 MIL标准、ESA标准和IEC标准规定的SMA型射频同轴连接器界面结构和关键尺寸

因此，建议修正我国的国家标准(GB/T)，采用和国家军用标准(GJB)相同的标注形式，即不标注外导体的内径或内导体的外径，设计时按厚壁结构设计，例如按外导体内径为3.5±0.02mm。这样，国家标准(GB/T)和国家军用标准(GJB)规定的SMA型射频同轴连接器的界面结构，采用相同的标注形式，生产时，不论是军品还是民品，都采用厚壁结构，提高了产品的可重复性和可靠性。

3 改单一环氧树脂灌封为它种固定方式

在目前国内射频连接器市场上流行的SMA型射频同轴连接器中，还常常看到一些厂家采用单一环氧树脂灌封固定的结构，如图3中(a)图所示。这种结构由于电磁泄漏严重，往往是在电子系统中，查找电磁干扰源的罪魁祸首。目前看到的国外生产厂家生产的SMA型连接器，其单一环氧树脂灌封的固定方式已经绝迹。常用的固定内导体和绝缘体的方式有:不打孔，在内导体外侧采用倒刺、滚花和挖槽等形式，在相应的外导体内侧挖槽补偿等方式，其结构如图4所示;或改单一环氧灌封为不注满环氧树脂，外加一定厚度的导电胶封口的方式，其结构如图3(b)所示。

图3 环氧树脂灌封固定结构

图4 不打孔的各种固定方式

在图4所示的不打孔的各种固定方式中，注意倒刺方向，要方便装配，为防止内导体旋转，可把倒刺铣成两扁，或铣成三角形;滚花结构中注意具有一定的导向角;补偿结构按基本设计原则要求进行。

有资料显示，单一环氧树脂灌封结构，射频泄漏随着频率的增长，泄漏越加严重。多数连接器具有约75～85dB的泄漏量。采用不打孔的固定方式后，将极大地改善其泄漏性能，几乎无泄漏，具体情况如图5所示。表2也给出了各种固定方法的电气性能和中心接触件固定情况。

图5 不同固定方式的性能比较

表2 各种不同固定方式的性能比较

4 改两槽插孔为开槽任选

SMA型射频同轴连接器的插孔两槽结构的危害，不像它的薄壁结构和单一环氧树脂灌封结构的危害那样明显，人们都习以为常。虽然由此派生出来的3.5mm型和2.92mm型射频同轴连接器都注意到了它的危害，插孔变为四槽，在MIL－PRF－39012/57G规定的SMA型射频同轴连接器，也注意到了两槽结构的危害，对插孔的要求变为“内导体开槽任选”，但在我国，对两槽结构的危害尚没有引起人们的足够关注。在我国国家标准中规定的SMA型阴性接触件仍然延用两槽插孔的结构。两槽插孔，由于插针和插孔两接触件插配时，接触部位的接触面积较小，因而增大了接触电阻;两槽插孔，在针、孔接触件插拔过程中，两槽插孔的两片弹性接触片很像两把刮刀在刮磨着插针接触件上的镀层，这样大大地降低了产品的使用寿命。

因此建议，在我国的SMA型射频同轴连接器标准中，对插孔接触件规定开槽时，也采取MIL标准中的规定为“内导体开槽任选”。这样，设计者可以设计为开3槽或4槽。这样既没有否定早期的两槽结构，也不影响和已有SMA型连接器的互配互换，同时还降低了产品的接触电阻，提高了产品的机械寿命，提高了产品的电气性能。

5 结语

SMA型射频同轴连接器是目前国内外用途最广、用量最大的射频连接器产品之一。整个SMA型系列产品规格有一百多种，生产厂家很多。因此，如何提高SMA型射频同轴连接器的产品质量和使用可靠性，与时俱进，是射频连接器设计者和使用者都非常关注的问题。针对我国目前射频连接器市场上呈现的延用SMA型射频同轴连接器最初设计的薄壁外导体和两槽插孔的先天不足，和后期出现的单一环氧树脂灌封结构进行改进，对产品标准进行修正，设计时认真实施，势必将大大提高我国SMA型射频同轴连接器的质量和可靠性水平，为使用SMA型连接器的系统和用户提供一款优质产品。

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［2］ Mario A·Maury Jr，"Improving SMA Tests with APC3.5 Hardware"Microwave Vol.20 No.9 September 1981.

［3］ Jim Kubote，"SMA Connectors Set New EMI/RFI Shielding Standards"Microwave＆RF October1981

［4］ Stephen T·Morley，"Selecting Coaxial Connectors with Proper Center Contact Captivation"Connection Technology，November 1990 PP21～24

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［6］ MIL－PRF－39012/57G:2006 SMA系列(接电缆)插孔接触件2级射频同轴插头连接器

［7］ ESA/SCC3402/001 SMA型50Ω(阳性接触件)射频同轴连接器详细规范(2002年)

［8］ IEC60169－15:1979射频连接器第15部分:外导体内径为4.13mm(0.163in)特性阻抗为50Ω螺纹连接的射频同轴连接器(SMA型)

10.3969/j.issn.1000－6133.2013.02.002

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1000－6133(2013)02－0003－06

2013－01－08