射频同轴连接器、射频电缆组件工程设计资料

1Dεrd同轴传输线、同轴连接器、射频电缆组件工程设计参考资料中国电子科技集团公司第四十研究所马乃祉D：外导体内径d：内导体外径εr：介质相对介电常数μr：介质相对导磁系数图1表1常用介质材料的电性能参数（25℃、标准大气压）介质材料常用标记介电强度(伏/密耳)相对介电常数εr(103Hz)正切损耗角tgδ(100MHZ)空气air8010聚乙烯PE4802.35×10-3交联聚乙烯IMP7002.35×10-3聚四氟乙烯TFE4802.051×10-4氟化乙烯丙烯FEP5002.052×10-4聚酰亚胺(改性)PI5603.422×10-3聚丙烯(共聚)500～6602.25～2.305×10-4聚苯乙烯POLY5002.555×10-4苯乙烯聚苯撑氧MPPO5002.73×10-3聚苯撑硫/聚苯撑氧PPS/PPO6003.33×10-3改性聚苯醚5002.643×10-31、特性阻抗，Z0（殴姆）dDdDZrrln60lg1380精确计算：dDZrrln9584916.5902、单位长度电容C、电感LdDdDCrrln95.16lg354.7（pF/英呎）2dDdDLln0606.0lg140.0（μH/英呎）1英呎=0.3048米3、理论截止频率fc)(85.190)(200dDdDCCfrrcC（GHZ）λc：截止波长C0：真空中的光速，精确值为299792458±1.2（米/秒）精确计算：)(765.194)(041.20dDdDCfrrC表2同轴传输线截止频率与相近连接器对照表(50Ω)公称尺寸同轴传输线外导体内径（Dmm）截止频率（GHZ）相近的通用连接器连接器使用上限频率(GHZ)εr=1εr=1.5εr=2εr=2.05168.487.306.586.527/1661211.319.748.788.69UHF41112.3410.759.579.49HN61013.5711.6810.5310.44SC11816.9714.61213.1613.04BNC4719.3916.6915.0414.9NAPC-7186.520.8918.2016.2016.06TNC11622.6219.4817.5517.40ATNC18527.1523.3721.0620.88433.9429.2226.3226.10SMABMA26.53.538.7833.3930.0829.82APC-3.533345.2538.9635.134.79SSMA352.9246.4940.0336.0635.752.9、SMK（K）402.456.5648.7043.8843.492.450267.8858.4452.6552.161.8573.3863.1856.9256.421.85（V）651135.76116.89105.31104.381.0（M）110D/d2.3012.7753.24953.2934、传播速率VP1001%rrPV5、延时TnsrnsT067.1（ns/英吋）6、驻波参数反射系数ReflectionCoefficient（Γ）反射损耗ReturnLoss(dB)1lg20Loss电压驻波比VSWR（ROS）11VSWR表3VSWR、Γ、Loss换算表VSWRΓLoss（dB）VSWRΓLoss（dB）17.39100.891311.08500.0282318.72420.794321.05150.0251325.84800.707931.04580.0224334.41940.631041.04070.0200343.56980.562351.03620.0178353.00950.501261.03220.0158362.61460.446771.02870.0141372.32290.398181.02550.0126382.09990.354891.02270.0112391.92500.3162101.02020.0100401.78490.2818111.01800.0089411.67090.2512121.01600.0079421.57690.2239131.01430.0071431.49850.1995141.01270.0063441.43260.1778151.01130.0056451.37670.1585161.01010.0050461.32900.1413171.00900.0045471.28800.1259181.00800.0040481.25280.1122191.00710.0035491.22220.1000201.00630.0032501.19570.0891211.00570.0028511.17260.0794221.00500.0025521.15240.0708231.00450.00225341.13470.0631241.00400.0020541.11920.0562251.00360.0018551.10550.0501261.00320.0016561.09350.0447271.00280.0014571.08290.0398281.00250.0013581.07360.0355291.00220.0011591.06530.0316301.00200.0010607、电流的趋肤深度δrrf029.0（μm）电阻率：ρ（Ω·cm）-1电导率：1（Ω·cm）波长：λ（cm）表4部分金属的电导率金属电导率渗透深度(100MHZ)银6.27×1056．3铜5.8×1056．6金4.1×1057．2铝3.47×1058．5黄铜≈1.5×105≈13黄铜或铍铜≈1.3×105≈148、同轴线的衰减ββ=β1+β2（dB/cm）β1（电阻损耗）=fdDZ)11(274.0210（dB/cm）ρ1、ρ2分别为外、内导体的电阻率（Ω·cm）-1f：频率（MHZ）β2（介质损耗）=31091.0ftgtgrrrr（dB/cm）9、驻波系数对衰减的影响传输线端的负载的驻波系数本身增加了传输线的衰减5Le212Γ2：传输线输入端的反射系数Γ1：负载的反射系数βL：传输线长度为L时的衰减10、传输线内外导体间的电场Ea（V/cm）同轴传输线内外导体间，内导体外表面的电场为最大dDdUEmaln2（V/cm）Um：内外导体间的峰值电压11、传输线的最大工作电压U（单位：伏特，50HZ有效值）EdDdUraln2E的值由绝缘材料的特性确定，单位（伏特/cm）表5绝缘材料E（V/cm）空气30000空气+聚四氟乙烯5000空气+聚乙烯5000单层聚四氟乙烯40000单层聚乙烯5000012、同轴传输线的最大电晕强度Pc2)()(0102PPROSZUpC式中：U：最大工作电压（V，50HZ有效值）P1：同轴线内空气压力P0：正常大气压P1/P0：只有一部分介质是由干燥空气时才考虑，否则为16iDi-1DdεDni13、同轴传输线允许传输的平均功率PmkDpm06.13（瓦）式中：ρ0：外导体的热扩散系数（W/cm2）D′：外导体（壳体）的外径（cm）β：总衰减，最大可考虑乘1.08系数（dB/cm）k：反射的系数ROSROSk212（频率大于500MHZ时）ρ0的值：表6D′（mm）ρ0（W/cm2）100.1720≈0.1740≈0.1280≈0.1114、传输功率PdDVZVIVPmrmmmln1202121202（μr设为1）同轴线的电压驻波比（VSWR）为S时，传输最大平均功率PmaxPSP1max15、介质支撑设计公式（1）等效介电常数(εe)的计算公式当有2种或2种以上的介质构成的支撑件，则其等效介电常数的计算方法如下：a.同轴分布的非单一介质niiiineDDdD11ln1ln图27ε21εrε△BDdh0hD1d2d1D2b.基本对称分布的二种介质总VVe2211)(ε1、ε2：二种介质的介电常数V2：对应ε2介质的体积之和V总：二种介质的总体积之和图3若ε2为空气（即去除部分固体介质材料）则总孔VVe)1(11（2）介质支撑件的设计公式（见图4）当在均匀介质的同轴线中，有限长度的非相同介质的支撑件会引起TEM波的激励（高次模），影响同轴传输线的截止频率和传输性能，但在射频同轴连接器设计中，基本上不可避免地存在有限长度非相同介质支撑件（除半硬电缆直通型自由端连接器）。因此，设计、制造出优良的介质支撑件是保障连接器高性能的基础。①支撑件的厚度（B）a、B＜D1-dB≥2DD1是支撑件的外径b、B引起高次模的关系式为221111tanffffBcrrcgλg：工作波长；f：工作频率②支撑件外径、内孔径计算（D1、d1）D1=2h+D)(125.025.06000DedhhrZ注：h为支撑件外镶槽的深度图48D2D1△d2d1h0是设内导体不变，则支撑件外镶槽的深度16011)(0rZeDd③支撑件端面补偿的计算（Δ、d2、D2）（共面补偿）d2=1～1.2d选取D2=0.85～1D选取计算Δ：a、计算A-A截面等效介电常数εeb、计算等位参考面直径D′c、计算外导体直径变化引起的不连续电容Cd1内导体直径变化引起的不连续电容Cd2不连续电容kDCCCCCeddddd2121k为修正系数，k=0.91d、111lndDCDerd注：具体计算应注意量纲的统一Δ的计算值是一个参考值、应进行实测修正，也可直接用实验方法确定。制造公差应尽可能小，但可在保证D1、d1和B的尺寸精度下，控制重量一致的方法。16、同轴变截面补偿设计（1）台阶式变截面（错位补偿）①介质相同εr=1②321DD时212lnDDkDZ0=50Ωk=3.09Z0=60Ωk=2.909dc△baD2d2θ1d1θ2D1△d2D2△D1d1rεD2Z0=75Ωk=3.04③5221DD时81D（2）锥形变截面22ln60210tgtgZ介质相同εr=1θ1(°)θ2(°)abcd①θ2采用小于12～16°②θ2大于16°后，应采取θ锥顶的错位，（虚线中的Δ）。③大直径比的过渡时采用锥形过渡。优于台阶式过渡。1156.64.30d11.86D14.30d21.86D22206.83.22d11.37D13.22d21.37D2325112.58d11.07D12.58d21.07D243013.32.12d10.865D12.12d20.865D2（3）其它轴向过渡补偿Z0=50Ω82DZ0=50ΩrD8210D△△45D△εrD45（4）直角弯式过渡补偿(Δ值仅供参考、应通过实验或CAD进行优化)Z0=50Ωεr=1D05.0Z0=50Ωεr=1D2.0Z0=50ΩrD6.017、同轴传输线的电长度φ984360984360LfVfLp式中：f：工作频率（MHZ）L：传输线长度（英呎）18、相位温度系数PTC（PPM/℃）TPPMPTC/6010PPM式中：△T：温度变化值（℃）11△φ：以25℃为基准的相位（电长度）变化值（度）φ0：绝对（总）相位（电长度）19、射频连接器的耐功率射频连接器的耐功率（平均功率），在标准大气压和25℃、VSWR=1，可参照表7。频率（GHz）（HT）=耐高温介质支撑垫圈（FLH）=法国圣迭戈班公司注册商标：氟塑料（HF）=高频（EF）=扩频（展宽频率）1220、影响射频连接器传输功率的因素射频连接器在实际使用中传输功率的大小,首先与传输波(连续波或脉冲波)有关,同时和使用频率、环境温度、大气压力以及系统的匹配