微带类射频同轴连接器模块化测试方法研究

2022-05-06李佳霖

机电元件 2022年2期

李佳霖

(陕西华达科技股份有限公司，陕西西安，710065)

1 前言

微带类射频同轴连接器通常使用在需要模式转换的射频系统中，比如微带线或带状线到射频同轴结构的转换、波导腔到射频同轴结构的转换。虽然连接器的技术状态固化且唯一，但随着应用形式的不同，连接器与测试系统的兼容性会有很大差异。本文将就微带连接器的典型应用形式提出模块化测试方法，通过理论分析和仿真验证结合的方式证明其可行性。

2 微带类产品的测试需求

以SMA型微带连接器为例，按照GJB5246中图33 SMA系列插孔接触件连接器界面的要求，如图1所示，连接器内导体直径范围为Φ1.24mm～Φ1.29mm。当连接器使用在DC～18GHz时，为了减小内导体直径变化引入的不连续电容，微带外露部分最大直径范围通常为Φ0.5mm～Φ2.2mm。本文将此类产品为例，设计一种自适应不同长度、不同直径的模块化测试方法，通过仿真验证其可行性。

3 模块化测试方案总体目标

微带连接器属于批产型产品，产量很大，要求模块化测试方案主要围绕以下三点进行设计：

(1)直插式快速测试；

(2)不同测试方案可快速更换；

(3)适应多种形状和外露尺寸。

微带连接器产品使用环境主要以PCB类为主，所以模块化设计方案的总体目标为：一种PCB满足不同尺寸外露内导体的测试。

3.1 建立参数化模型

3.1.1 连接器参数化建模

根据SMA型微带连接器结构特点建立传输段模型如图2所示，其中外露部分为参数化尺寸，L取值范围：0.5mm～10mm，d取值范围：0.3mm～2.2mm。

3.1.2 PCB类测试模块参数化建模

3.1.2.1 PCB种类选择

微带连接器应用于PCB时，通常用于微带线和带状线，微带线位于PCB表面便于批量测试，测试效率高；带状线位于板间，需要钻孔露出传输线。考虑到测试效率，模块化方案采用微带线进行设计。

3.1.2.2 PCB设计

PCB采用50Ω微带传输线，参数化模型如图3所示。

图3 微带传输线参数化模型

尺寸W为微带线宽度，根据连接器外露内导体直径d最大值2.2mm，W宽度确定为2.5mm。根据传输线理论，微带传输线特性阻抗计算公式如下：

计算得到h=1.55mm。

3.1.2.3 自适应板上结构件设计

要达到方案的总体目标，需要解决不同尺寸内导体与PCB的匹配问题。PCB微带宽度2.5mm，连接器外露内导体直径Φ0.3mm～Φ2.2mm，长度0.5mm～10mm，需要设计一种板载结构件能够包络以上尺寸范围的同时还能保证与微带线接触可靠，这就需要同时解决径向和轴向接触问题。

3.1.2.3.1 解决径向接触问题

连接器外露内导体直径范围Φ0.3mm～Φ2.2mm。如图4所示，板载结构件采用内爪结构，连接器内导体自任一端插入，内部弹性爪可保证连接器与结构件紧密接触，可以保证不同直径连接器内导体插入后紧密接触。

图4 板载结构件

如图5所示，结构件采用夹板式设计，意图通过穿板夹持的方式使结构件与微带线紧密接触。

图5 结构件插装示意图

3.1.2.3.2 解决轴向接触问题

连接器外露内导体轴向长度范围0.5mm～10mm，要保证最短内导体有效接触，内爪凹陷深度不得大于0.25mm，优化后结构件如图6所示。

综上所述，板载结构件采用穿板夹持的方式解决结构件与PCB的接触问题；结构件内部通过自适应内爪解决微带型连接器外露内导体径向、轴向适配的问题。模块化测试结构总体结构示意图如图7所示。

图6 优化后结构件

图7 模块化测试结构总体示意图

4 仿真验证

建立测试结构电磁仿真模型，仿真分为三个步骤：

步骤1：连接器传输段仿真；

步骤2：PCB微带线仿真；

步骤3：连接器、板载结构件、PCB三者联合仿真。

4.1 连接器仿真

图8 连接器模型

图9 VSWR仿真结果

图11 传输段TDR仿真结果

连接器选择典型的SMA型微带连接器，模型如图8所示，介质介电常数2.05，内外导体直径比3.3，理论计算传输段阻抗49.1Ω。VSWR仿真结果如图10所示，VSWR<1.03；TDR如图11所示，未对双端口进行归一化处理的情况下，传输段阻抗介于49.15～49.33之间，满足50Ω±0.2Ω的匹配要求。

4.2 PCB仿真

板材选择FR4，微带线按照3.1.2.2计算结果建立模型，如图12所示。要求仿真起止频点DC～18GHz，理论计算值为最高频点值，根据传输线理论，降低介质板厚度可提高带宽。设置介质厚度参数范围为0.2mm～1.5mm在DC～18GHz内进行参扫，参扫结果如图13所示，可见介质板厚0.9mm时在DC～18GHz频段内货得最优解，介质板厚0.9mm时VSWR如图14所示。