射频同轴连接器开槽内导体结构分析

曹刚

摘 要：本文重点分析了射频同轴连接器开槽结构原理，以及开槽结构对产品性能的影响。

关键词：内导体；开槽结构

一、概述

射频同轴连接器是微波产品中的基础无源器件，一般由外导体、内导体、介质支撑、螺套等零件组成，采用公头、母头对拧的方式实现连接，其中内导体通过插针、插孔的对插，实现信号连通。为了保证良好的接触，母头内导体常采用弹性结构，将公头内导体夹持。弹性结构有多种方式，开槽收口方式由于制造成本相对较低，易于实现，在连接器产品中被广泛采用。

开槽收口方式，改变了传输线的形状和尺寸，会产生一定的阻抗误差，造成一定的信号反射，所以母头连接器的性能一般要劣于同类公头产品。并且由于连接器的多次插拔，会造成开槽结构的磨损，降低了连接器的使用寿命。所以开槽结构的设计，是连接器设计中较为重要的部分。

二、开槽结構介绍

开槽结构就是在母头插孔端面进行纵切，形成各种纵切槽，再进行收口处理。一般开槽内导体采用铍青铜材质，开槽收口后，通过热处理工艺，使开槽部位产生弹性。实际设计中，针对不同的连接器种类和性能要求，有两槽、三槽、四槽、六槽、八槽等多种开槽结构。图1是一种典型的四槽结构。

公头和母头内导体对插过程中，母头由于有弹性收口，对公头插针形成夹持力，保证两根内导体的紧密连接，但同时也产生了插入力，拔出时产生拔出力。

三、开槽结构对产品性能的影响

（一）对机械性能的影响

图2为内导体插入过程演示图，在插入过程中，首先是插针头部导向锥度先接触，Fi插入力为正压力和摩擦力在轴向的合力，导向锥度完全插入插孔后，Fi插入力=F摩擦力，插入力最大处是在导向锥度插入过程中产生，拔出力是相反的过程，这里不再赘述。

过大的插入力对内导体产生了很大磨损，直接降低了产品的使用寿命。所以开槽设计中很重要一点是要降低插入力，特别是降低最大插入力。影响插入力的除了公头的导向角度，还与母头的壁厚、开槽数量、开槽宽度、开槽深度等相关。

开槽数量少，插孔同插针接触面积小，接触压力大，导致插入力比较大。图3为两槽和四槽的接触示意图，四槽结构接触面积大于两槽结构，接触力降低。经对2.92mm母头试验验证，在开两槽时，插入力可达到5.6N，拔出力为1.8N；开四槽时，插入力降低到1.7N，拔出力为0.7N，这就大大延长了连接器的寿命，以及提高了连接重复性。另外在开槽尺寸方面，利用工程模拟软件建模仿真，可知插孔壁厚同插拔力成正比，也就是壁厚越厚，插拔力越大，而开槽宽度、开槽深度同插拔力成反比。图4为开槽宽度对插拔力影响的仿真曲线。所以在壁厚较大的情况下，为了降低最大插入力，就要采用更多的开槽数量。同时缩小开槽宽度，加长开槽深度，也会进一步减小插拔力。

（二）对电气性能的影响

连接器开槽引起的阻抗误差公式如下

Z0为50Ω标准阻抗，ΔZ0为阻抗误差，N开槽数量，W为槽宽，d为内导体外径。

根据公式，开槽数量和开槽宽度，都会直接影响阻抗精度，引起微波性能的变化。开槽越多，阻抗误差越大。开槽越宽，阻抗误差也变大。但过小的开槽宽度，会制约收口尺寸，导致接触力过小，产生接触不良，在使用频段内出现反射尖峰。另外盲目加长开槽深度也不可取，过长的开槽深度会使开槽部分出现较大的塑性变形，反而进一步影响电气性能。

四、小结

连接器的设计，既要考虑电气性能，又要兼顾产品的可靠性和寿命。根据不同产品的壁厚，选择合适的开槽数量，同时对开槽宽度、开槽深度和收口尺寸做相应调整，可进一步优化插拔力和电气性能。以2.92mm连接器为例，当采用两槽结构，开槽宽度0.2mm情况下，最大插拔力达到了7N，阻抗误差0.6%。而采用4槽结构，开槽宽度选择0.1mm情况下，最大插拔力降低到1.1N，阻抗误差为0.3%，在插拔力和阻抗误差方面都全面由于2槽结构。所以母头内导体的开槽结构设计需要考虑综合因素，通过合理的优化调整，可以实现理想的综合指标。

参考文献：

[1]IEEE Std 2872007.2007，9.

[2]林安义.毫米波同轴连接器的结构设计.1993.