一种SMA型微带连接器设计与仿真

2015-07-26张亚鹏陕西长岭电子科技有限责任公司陕西宝鸡721006

山东工业技术 2015年7期

关键词：仿真设计

张亚鹏,王翔,马丹（陕西长岭电子科技有限责任公司,陕西宝鸡 721006）

一种SMA型微带连接器设计与仿真

张亚鹏,王翔,马丹
（陕西长岭电子科技有限责任公司,陕西宝鸡 721006）

摘要：本文首先对SMA型射频同轴连接器进行了简单介绍，然后利用Ansoft公司的HFSS高频仿真软件对一种SMA型微带连接器进行仿真、设计，并将仿真结果和实际测试结果比较和分析。

关键词：SMA型微带连接器；设计；HFSS；仿真

1 引言

射频同轴连接器是微波领域中重要的射频传输元件，因其频带宽、连接方便可靠、性能优越、成本低廉，在微波通信设备、仪器仪表及武器系统中得到广泛应用。SMA系列射频同轴连接器具有体积小，频带宽，机械性能优越，可靠性高等优点，是应用最广泛的射频同轴连接器之一。广泛应用于微波通讯，航天航海，武器系统及微波测量设备等领域。本文将设计一种常用的微带类射频同轴连接器。

2 技术要求

客户对产品的外形尺寸要求如图1所示，并且根据产品使用环境，电性能方面提出了以下技术要求：特性阻抗：50Ω，频率范围：DC～18GHz，电压驻波比：≤1.15，插损：≤0.1dB

3 确定连接器端口尺寸

该连接器端口尺寸的确定，主要由两部分组成，一个是SMA阴头界面尺寸，该尺寸不但要保证同一型号连接器产品的一致性和互换性；另一个是连接器末端接口尺寸，确定该端口连接器内导体外径尺寸和外导体内径尺寸。

（1） SMA阴头界面尺寸按照《SMA系列插孔接触件连接器界面》执行，其标称直径是根据使用介电常数为2.02的聚四氟乙烯介质给定的。

（2）确定连接器末端接口尺寸：依据射频同轴传输线理论知识可以知道，在特性阻抗Z0与产品的内导体外径a、外导体内径b以及介质的介电常数εr存在以下关系：

从已知条件可知，Z0＝50Ω，εr＝2.02 , b＝3 ，经上述公式计算可知：内导体外径a＝0.9。

4 利用Ansoft HFSS模型仿真及优化

4.1 Ansoft HFSS简介

Ansoft HFSS是Ansoft公司著名的三维微波电磁仿真设计软件，强大的宏处理功能和多种扫频方式，使其成为应用最为广泛的三维微波电磁仿真设计软件。它可以模拟波导、空间、微带线路、同轴线及腔体中的三维电磁场，可以方便地实现天线、滤波器、波导器件、连接器等微波器件的仿真模拟和优化。

4.2 建立仿真模型

SMA型连接器参考面端外导体内径为4.1，内导体外径为1.27；连接器末端外导体内径由客户外形图可知为3.0，内导体外径由计算可知为0.9；介质为聚四氟乙烯，介电常数依据标准定位2.02；建模仿真时，前面所述尺寸均为固定值。利用Ansoft HFSS软件仿真建模如图2所示。

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10GHz，50次迭代，最大误差0.01；Fast扫频方式、0.5－20GHz，分为40份。

4.3 参数的设置及优化

经分析，虽然在DC～18GHz电压驻波比小于1.15，与我们所需要的结果比较接近。由于理想状态和实际产品存在如下表所示差异，因此该模型还需进一步优化。

为了便于进行优化，在模型中引入参数，如图3所示。图中共有7处尺寸：7.60由连接器长度尺寸决定，不可变；4.10和5.60为综合内导体两端均为插孔形式，考虑到可加工性后给定的固定尺寸；经数次更改参数仿真得知，内外导体的倒刺宽度尺寸和共平面补偿尺寸对连接器的电压驻波比性能影响较大。因此将内外导体倒刺的宽度尺寸设为可变参数L1，范围0.3～0.5，每步0.05mm；将共平面补偿尺寸设为可变参数L2，范围0.3～0.6，每步0.05mm；设置显示参数然后优化。