射頻同軸連接器開槽內導體結構分析

曹剛

摘 要：本文重點分析了射頻同軸連接器開槽結構原理，以及開槽結構對產品性能的影響。

關鍵詞：內導體；開槽結構

一、概述

射頻同軸連接器是微波產品中的基礎無源器件，一般由外導體、內導體、介質支撐、螺套等零件組成，采用公頭、母頭對擰的方式實現連接，其中內導體通過插針、插孔的對插，實現信號連通。為了保證良好的接觸，母頭內導體常采用彈性結構，將公頭內導體夾持。彈性結構有多種方式，開槽收口方式由于制造成本相對較低，易于實現，在連接器產品中被廣泛采用。

開槽收口方式，改變了傳輸線的形狀和尺寸，會產生一定的阻抗誤差，造成一定的信號反射，所以母頭連接器的性能一般要劣于同類公頭產品。并且由于連接器的多次插拔，會造成開槽結構的磨損，降低了連接器的使用壽命。所以開槽結構的設計，是連接器設計中較為重要的部分。

二、開槽結構介紹

開槽結構就是在母頭插孔端面進行縱切，形成各種縱切槽，再進行收口處理。一般開槽內導體采用鈹青銅材質，開槽收口后，通過熱處理工藝，使開槽部位產生彈性。實際設計中，針對不同的連接器種類和性能要求，有兩槽、三槽、四槽、六槽、八槽等多種開槽結構。圖1是一種典型的四槽結構。

公頭和母頭內導體對插過程中，母頭由于有彈性收口，對公頭插針形成夾持力，保證兩根內導體的緊密連接，但同時也產生了插入力，拔出時產生拔出力。

三、開槽結構對產品性能的影響

（一）對機械性能的影響

圖2為內導體插入過程演示圖，在插入過程中，首先是插針頭部導向錐度先接觸，Fi插入力為正壓力和摩擦力在軸向的合力，導向錐度完全插入插孔后，Fi插入力=F摩擦力，插入力最大處是在導向錐度插入過程中產生，拔出力是相反的過程，這里不再贅述。

過大的插入力對內導體產生了很大磨損，直接降低了產品的使用壽命。所以開槽設計中很重要一點是要降低插入力，特別是降低最大插入力。影響插入力的除了公頭的導向角度，還與母頭的壁厚、開槽數量、開槽寬度、開槽深度等相關。

開槽數量少，插孔同插針接觸面積小，接觸壓力大，導致插入力比較大。圖3為兩槽和四槽的接觸示意圖，四槽結構接觸面積大于兩槽結構，接觸力降低。經對2.92mm母頭試驗驗證，在開兩槽時，插入力可達到5.6N，拔出力為1.8N；開四槽時，插入力降低到1.7N，拔出力為0.7N，這就大大延長了連接器的壽命，以及提高了連接重復性。另外在開槽尺寸方面，利用工程模擬軟件建模仿真，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，而開槽寬度、開槽深度同插拔力成反比。圖4為開槽寬度對插拔力影響的仿真曲線。所以在壁厚較大的情況下，為了降低最大插入力，就要采用更多的開槽數量。同時縮小開槽寬度，加長開槽深度，也會進一步減小插拔力。

（二）對電氣性能的影響

連接器開槽引起的阻抗誤差公式如下

Z0為50Ω標準阻抗，ΔZ0為阻抗誤差，N開槽數量，W為槽寬，d為內導體外徑。

根據公式，開槽數量和開槽寬度，都會直接影響阻抗精度，引起微波性能的變化。開槽越多，阻抗誤差越大。開槽越寬，阻抗誤差也變大。但過小的開槽寬度，會制約收口尺寸，導致接觸力過小，產生接觸不良，在使用頻段內出現反射尖峰。另外盲目加長開槽深度也不可取，過長的開槽深度會使開槽部分出現較大的塑性變形，反而進一步影響電氣性能。

四、小結

連接器的設計，既要考慮電氣性能，又要兼顧產品的可靠性和壽命。根據不同產品的壁厚，選擇合適的開槽數量，同時對開槽寬度、開槽深度和收口尺寸做相應調整，可進一步優化插拔力和電氣性能。以2.92mm連接器為例，當采用兩槽結構，開槽寬度0.2mm情況下，最大插拔力達到了7N，阻抗誤差0.6%。而采用4槽結構，開槽寬度選擇0.1mm情況下，最大插拔力降低到1.1N，阻抗誤差為0.3%，在插拔力和阻抗誤差方面都全面由于2槽結構。所以母頭內導體的開槽結構設計需要考慮綜合因素，通過合理的優化調整，可以實現理想的綜合指標。

參考文獻：

[1]IEEE Std 2872007.2007，9.

[2]林安義.毫米波同軸連接器的結構設計.1993.