射频同轴连接器知多少？射频同轴电缆失效的原因是什么？

百科 2024-12-12 15:56 北京

射频同轴连接器（RF COAXIAL CONNECTOR）作为最古老也是应用最广的电缆间连接装置，从1930至今，已有近百年的历史。从最初的100MHz以下频段使用的VHF连接器，到如今可应用在140GHz的0.8mm同轴连接器，同轴连接器经过了巨大的发展，也具有多种多样的性能和形态，应用在不同的场景中。

一、射频同轴连接器知多少？

1.UHF连接器

UHF连接器是最早的同轴连接器，从出现到现在已经近百年历史了。UHF连接器适用于100MHz以下频率使用，特征阻抗为50Ω，分为公头、母头或无极性等型式，采用螺纹紧固。

2.EIA系列连接器

EIA系列同轴连接器有EIA 7/8”(IF45)、EIA 1 5/8”(IF70)、EIA 3 1/8”(IF110)、EIA 4 1/2”和EIA 6 1/8”版本，由主体、带有各种螺栓圈的安装法兰组成。EIA连接器通常不被识别为公头或母头，因为其具有可拆卸的中心导体，可以被配置为公头或母头。该系列连接器工作频段最高可达3GHz，可承受极高的功率。下图是常用连接器的耐受功率，EIA 1 5/8”(IF70)在低频时最高耐受功率可达到10KW以上。此系列连接器一般用于低频大功率合成器件上使用。

3.SMA连接器

SMA连接器是应用最为广泛的同轴连接器，由金属外壳和内导体，以及中间起绝缘和支撑作用的PTFE组成，在通信设备和测试设备中几乎无处不在。标准SMA连接器的特征阻抗为50Ω，采用螺纹连接方式，提供良好的机械强度和电气连接；使用频率范围是DC到18GHz，某些高性能版本甚至达到26.5GHz。

4.SMB连接器

SMB是一种小型的同轴连接器，具有体积小、重量轻、使用方便、电性能优良等特点。SMB连接器的特征阻抗有50Ω和75Ω两种，采用推入锁紧式，通常的使用频率范围是DC到4GHz。SSMB连接器是SMB连接器的小型化版本，频率范围可以达到12GHz。

5.SMP连接器

SMP连接器的工作频率最高可以达到40GHz，特征阻抗一般为50Ω，采用推入锁紧式连接。SMP连接器的公头端有三种锁紧类型，分别是全擒纵、半擒纵和光孔式。如下图所示，不同锁紧类型内部的结构有差异，其紧固程度依次下降。SMP作为最常用的微型精密连接器，具有结构小巧实用，频率高，连接快速，抗震性强的特点，广泛应用于阵列天线、卫星通信、雷达等场合。SMP型连接器的小型版是SSMP连接器，是一种更小型的推入式同轴连接器，主要用于射频模块间的密排连接。

6.BMA连接器

BMA连接器的工作频率最高可以达到22GHz，特征阻抗一般为50Ω，采用推入锁紧式连接。BMA连接器主要应用在盲配、机架和面板连接、相控阵系统、射频背板和高速开关应用等。BMA的小型化版本是SBMA连接器，安装密度更高；其工作频率最高可以达到28GHz，具有体积小、频带宽、性能优越、对接方便等优点。

7.MCX连接器

MCX连接器是特征阻抗为50Ω的同轴连接器，采用与SMB连接器相似的推入锁紧式，但是体积比SMB连接器更小，工作频率范围也更高，达到6GHz，广泛使用于电信系统及无线和GPS应用。MMCX连接器是比MCX连接器尺寸更小的连接器，具有与MCX连接器相似的性能。

8.BNC连接器

BNC连接器通常适用于较低频率的射频信号传输，频率范围从DC到4GHz。BNC连接器的标准阻抗为50Ω或75Ω，并且使用快速锁定机制，通过旋转锁定，确保连接的稳固。BNC连接器常被应用于视频传输和测试设备中，比如多数示波器的端口。

9.TNC连接器

TNC连接器是BNC连接器的螺纹版本，具有用于配接的螺纹，因此抗震性更强，高频性能也更好。TNC连接器具有50Ω和75Ω阻抗两种，最高工作频率为11GHz，主要用于电视、无线电、雷达、通信等领域。

10.N型连接器

N型连接器覆盖较宽的频率范围，通常从DC到11GHz，某些高性能的可以达到18GHz。N型连接器的特征阻抗一般为50Ω，采用螺纹连接方式。N型连接器的尺寸相较其他连接器较大，耐受功率也较大，约为SMA连接器的3到4倍；广泛应用于无线电发射器、接收器、卫星通信、军事通信系统以及各种微波设备中。

上述常用的射频同轴连接器，在内导体和外壳之间都使用介质进行隔离和支持，常用的是PTFE（聚四氟乙烯）。但是由于受介质材料介电常数的影响，这类同轴连接器适用的频段都较低。另外一些连接器使用空气腔作为内导体和壳体之间的隔离，使用频段可以得到极大的提升；常见型号有3.5mm、2.92mm、2.4mm、1.85mm、1.0mm等，型号中的尺寸是连接器中外导体的内腔直径，也就是空气腔的直径。

1. 3.5mm连接器

3.5mm连接器的标准阻抗是50Ω，工作频率范围一般是从DC到26.5GHz。3.5mm连接器的连接机构为1/4-36UNS-2英制螺纹连接，与SMA连接器机械兼容。这是因为3.5mm连接器是由HP公司（后来测量部门独立成为Agilent，再后来电子测量业务再次拆分独立成为Keysight）为了校准SMA连接器而设计出来的。

2. 2.92mm连接器

2.92mm连接器，也称为K型连接器，标准阻抗是50Ω，工作频率范围一般是从DC到40GHz。2.92mm连接器的连接机构也是1/4-36UNS-2英制螺纹，能与SMA连接器、3.5mm连接器机械兼容，是目前应用最为广泛的毫米波连接器。

3. 2.4mm连接器

2.4mm连接器标准阻抗是50Ω，工作频率范围一般是从DC到50GHz。2.4mm连接器也是采用螺纹连接，螺纹尺寸为M7×0.75，可以与1.85mm连接器机械兼容。从结构尺寸图上可以看到2.4mm连接器的内导体更向内缩进，这样在使用时，外导体的螺纹旋紧一半后内导体才接触，这样可以保证内导体的插针与插孔准确对接，防止内导体损坏。

4. 1.85mm连接器

1.85mm连接器也称为V型连接器，标准阻抗是50Ω，工作频率范围一般是从DC到67GHz。1.85mm连接器的螺纹尺寸也是M7×0.75，与2.4mm连接器机械兼容。

5. 1.0mm连接器

1.0mm连接器为90年代由HP研制，标准阻抗是50Ω，工作频率范围是从DC到110GHz。1.0mm连接器的螺纹尺寸为M4×0.7，远小于其他同轴连接器，由于使用频段高，因此对于机械精度的要求也更高。

6. 0.8mm连接器

日本安立公司在2019年推出了0.8mm连接器，标称工作频段是DC-145GHz，典型插入损耗为0.6dB。其针直径和螺纹直径与1.0mm不兼容。这种连接器目前应用并不广泛。

从上面的型号可以看出来，频率范围越高的连接器，外导体内腔的直径越小。这是因为连接器的最高频率是由下面的公式计算得到的。

其中fc是空气介质中的传输频率，c是光速，λc是空气腔直径，μr是相对介电常数，εr是相对磁导率。比如1.0mm连接器计算最高频率是133GHz，但实际加工中总有误差，实际测试可以达到110GHz。

二、使用同轴连接器的注意事项和一些冷知识

1.连接器的极性

同一个型号的连接器，基本上都分为阴和阳两种，来实现连接器之间的对接。一般将内导体为凹槽的称为阴或者母头，英文一般是Female或者Jack，在型号命名中一般用K表示；内导体为针的称为阳或者公头，英文一般是Male或者Plug，在型号命名中一般用J表示。比如：转换器型号N/SMA-JK就是指N转SMA的转接器，N端内导体结构形式为插针，SMA端内导体结构形式为插孔。

2.连接器的紧固方式

连接器的紧固方式大体上可以分为直插锁紧式和螺纹旋紧式两种。

3.如何正确的紧固连接器

这似乎不能称作一个问题，在很多人眼里，连接器拧紧就可以了，真的是这样吗？

下图是一个SMA连接器的内部结构，在将连接器紧固时，正常操作应该是旋转公头外面的可活动螺纹来将其拧紧，这样在拧紧时两个连接器的内导体只有垂直插入的移动。如果在拧紧时旋转母头，两个连接器的内导体发生相互旋转摩擦，造成内导体接触不紧密，降低连接器的使用寿命。对于频率和精密度越高的连接器，越应该注意。在旋转公头外面的可活动螺纹时，最后两圈建议使用力矩扳手，可以根据连接器的型号选择合适的力矩扳手，这样可以防止在拧紧时用力过大损伤连接器。

4.空气腔型连接器的内部

前面SMA连接器的内部图，可以看到内导体是通过介质固定在外导体内的，那么空气腔型连接器的内导体是靠什么支撑的呢?答案就是下图中的支撑垫圈。在毫米波频段的连接器，支撑垫圈的材质一般采用PEI或PEEK等低损耗的介质，并且在四周分布有多个圆孔，尽量减小介质带来的影响。

5.连接器的清洁

在使用工作频率较高的毫米波连接器时，需要关注连接器的清洁程度。连接器在多次使用后，螺纹位置常常有一些污垢；这些污垢在频率较低时没什么影响，常会被忽视，但是工作在高频时，会影响连接器连接的性能，造成损耗增大或者驻波变大。因此，在使用时最好保持连接器的清洁，可以使用棉签沾异丙酮清理螺纹中的污垢。

6.各种各样的免焊连接器

连接器与PCB之间的连接方式，除了常用的焊接之外，还有各种免焊连接器，可以不用焊接就能良好地连接。常用的免焊连接器有平行、垂直和斜角三种方式，如下图所示。一般是使用螺钉固定，通过施加一定的压力将连接器的内导体与PCB上的信号线连接，实现信号的导通传输。这类连接器使用比较灵活，适合各种测试场景应用。

7.不同型号连接器之间对接

有一些不同型号的连接器在机械结构上是可以对插使用的，如SMA、3.5mm、2.92mm三种连接器之间，还有2.4mm和1.85mm连接器之间。虽然这些连接器之间机械兼容，但是除非逼不得已，还是不建议这样使用。不同型号的连接器内导体尺寸和精度方面会有一些区别，如果长久的混装使用，可能会造成连接器的损坏，影响性能。

三、射频同轴电缆失效的原因是什么？

射频同轴电缆组具有损耗小、辐射小和电磁兼容性好的特点，可在较高频率范围内工作。并且在整机设备中较易布线，具有较高的实用性和维修性。射频同轴电缆在应用过程中出现失效，原因是什么呢？

射频同轴电缆常见失效形式及原因：

1.开路。一般射频电缆芯线与连接器的内导体采用焊接的结构进行连接，如果焊点断开则会造成电缆信号断续或直接丢失。造成芯线与内导体焊接不良的原因主要有：芯线剥线不当，导致焊接前受损；芯线或内导体氧化，焊锡润湿性不良；填锡量不够，造成连接不可靠等。

2.短路。射频连接器的内外导体绝缘不够或者短接，导致信号直接接地。正常的射频连接器内外导体间有绝缘介质提供保护，一般为聚四氟乙烯。以SMA射频电缆为例，合格的SMA射频电缆在500V兆欧表下测试，内外导体间的绝缘电阻一般大于500MΩ。短路主要有以下两个原因：内导体焊接不当或填锡量过多，产生焊瘤导致绝缘性能降低；编织型外导体处理不当，产生毛刺，导致内外导体间短路等。

3.接触不良。接触不良主要是指电缆内导体安装不到位或者外导体接地不牢带来电缆驻波比和插入损耗等性能的不稳定，在动态条件下尤为突出。造成接触不良的原因一般有：1）连接器装配不规范和不正确导致的虚拧紧，因接触不良带来电性能不佳；2）电缆外屏蔽的损坏导致的接地不良，特别是在较为狭窄的空间内，连接器或电缆受压导致屏蔽磨损、焊点断裂，直接导致电缆失效；3）射频连接器与电缆装配焊接好后，不得随意地折弯以及折叠放置。不同类型的射频电缆都有最小转弯半径要求，如果电缆安装无法满足最小转弯半径要求，则对射频信号的传输产生影响，导致电性能受损。

浅谈常用的天线接头。

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