一种高性能SMP型双阴转接器的设计

　　摘要: 本文介绍了一种 SMP 型高性能双阴转接器的设计过程。主要介绍转接器结构设计，如何降低反射系数和解决设计过程中出现的问题。

　　杜光琴;张栋宇;兰瑞林;， 机电元件 发表时间：2021-10-18

　　关键词: SMP; 高性能; 反射系数

　　1 前言

　　SMP 系列内双阴转接器主要应用于板间连接，常采用两端为固定的 SMP 插头连接器，中间采用 SMP 双阴转接器，利用转接器的轴向和径向的浮动量，从而保证器件的连接可靠，如图 1 所示。它具有体积小、接触可靠、机械电气性能优越、快速连接等优点，被大量应用于雷达、卫星和民用通讯中。同时，随着用户对 SMP 系列内双转接器的使用频率要求越来越高，电压驻波比指标要求越来越低。对此，我们设计了一种高性能双阴转接器。

　　2 主要技术指标

　　产品的主要指标如下: a) 特性阻抗: 50Ω;b) 频率范围: DC ～ 40GHz; c) 温度范围: - 65℃ ～ + 165℃ ; d) 介质耐电压: 500V. rms; e) 电压驻波比( VSWR) : DC ～ 12. 4GHz，VSWR ≤1. 15; 12. 4 GHz ～ 18GHz，VSWR≤1. 20; 18GHz ～ 26. 5GHz，VSWR≤1. 35; 26. 5GHz ～ 40GHz，VSWR ≤1. 45; f) 射频插入损耗: DC ～ 40GHz，≤0. 12 槡FdB ( F 单位为 GHz) ;

　　3 产品结构设计

　　SMP 型射频连接器是一种通用毫米波射频连接器，由于其连接器界面尺寸成熟，并且通过大量的试验及使用证明，SMP 型内外导体直径尺寸，内外导体接触尺寸规定的要求是有效、可行、可靠的，故本次产品的设计主要是产品固定结构的设计、低反射系数的设计。

　　3. 1 转接器结构设计

　　由于产品的使用温度最高为 165℃，为了保证产品的使用要求和产品中心接触件的固定性，SMP 型双阴转接器采用咬合结构，外壳为台阶结构，插孔、绝缘子相互咬合，绝缘子压入外壳中，这样任意一端受力时，不发生轴向位移，产品结构如图 2 示。

　　SMP 型双阴转接器两端接触头劈槽部分孔壁较薄，在零件加工后两端劈槽部分的切削层都存在残余应力，为了减小或者消除残余应力对零件强度的影响，转接器劈槽部分结构设计时两端错位 45 度( 如图 3 所示) 。从而使应力在加工过程中逐渐释放，减小应力的变形。并且为了保证插合强度及插合力量。

　　3. 2 中心接触件固定性的设计

　　中心接触件的固定性是射频同轴转接器有一项重要的指标，为了保证中心接触件固定性，转接器必须采用合理的中心导体固定方式，防止内导体窜动，产品失效。产品常用的固定方式为环氧树脂灌封固定和滚花倒刺固定结构。如图 4 所示:

　　由于转接器温度范围为 - 65℃ ～ 165℃，并且产品尺寸小，为了满足温度范围和尺寸要求，保证转接器的性能指标，提高插孔、绝缘子固定性能力， SMP 双阴转接转接器设计时采取绝缘介质、插孔采用相互咬合结构( 如图 2 所示) ，外壳采用台阶结构，绝缘子压入外壳中，从而保证任何一端受力后内导体不出现位移。同时为了为了保证插头、插座对插时不出现抱死现象，在插合部位设计时插孔与绝缘子采用一段松配合。

　　3. 3 低反射系数的设计

　　影响 SMP 双阴转接器反射系数主要因素( 如图 5 所示) 为: 绝缘支撑的设计、零件加工精度及界面的吻合程度。

　　3. 3. 1 绝缘支撑的设计

　　为了固定产品内导体，保证内、外导体同轴度，必须引入固体绝缘介质，同时绝缘子作为产品中的传输介质，对产品的整体电性能有较大的影响。

　　绝缘子设计主要有两方面的设计流程如图 6 所示: 绝缘子材料的选择和绝缘子的补偿设计。

　　1) 绝缘材料的选择及处理

　　SMP 型双阴转接器采用的绝缘材料为聚四氟乙烯，聚四氟乙烯材料虽然电性能稳定，但热膨胀系数大，受温度影响较大。针对此特性，绝缘子在加工时首先按照使用温度范围对聚四氟乙烯介质进行高低温循环预处理; 其次外壳设计时留出一定的空间，从而预防处理后绝缘子进行温度冲击时产生的较小变化。

　　2) 绝缘子的补偿设计

　　在同轴线传输过程中，内导体直径不发生变化时，电力线是垂直于内外导体的表面，并且分布匀称。实际设计时，为了保证内导体中心接触件的固定性，连接器的内外导体至少有一个发生会在尺寸上发生改变。内外导体直径一旦出现阶梯变化，电力线没办法保持均匀，所以就破坏连接器内部磁场的分布，产生了不连续电容。如图 7 所示。

　　为了保证产品的性能指标要求，产品绝缘子设计时对产生反射的部位进行补偿设计，补偿设计首先利用传输线设计理论公式进行理论计算，得出理论计算值; 其次利用仿真软件对产品结构进行仿真。利用仿真软件对不连续部位补偿尺寸进行调整，找出影响产品电性能的关键地方，在产品的后期设计生产时对此尺寸进行控制。

　　使用仿真软件建立的电磁仿真模型如图 8 所示;

　　从图 9 可以看出: 电磁仿真中产品电压驻波比满足用户要求。根据产品仿真结果和产品结构的需求，最终确定绝缘子外形结构如图 10 所示:

　　3. 3. 2 零件精度的设计

　　转接器内外导体的同轴，内外导体的公差都会能导致转接器特性阻抗偏离设计的计算值，最终影响转接器的反射系数，为了保证转接器的精度要求，产品设计图纸时对转接器的同轴度，零件尺寸公差控制都加严，从源头上降低转接器的反射系数。同时，双阴转接器插孔接触件由于弹性的设计要求需要劈槽、收口，插孔接触件的虚线部分即直径发生变化部位，从而引起特性阻抗的变化，直接影响连接器的电压驻波比性能。产品设计时需要对弹性接触件部位由于劈槽导致的直径变化进行有效补偿，以便在收口及插合后最大程度上获得最小的阻抗变化，补偿结构见图 11。

　　3. 3. 3 界面吻合程度

　　SMP 插头插座插合后，内外内导体之间要接触紧密，如果有间隙( 如图 12) 存在将增大转接器间的反射系数，因此，转接器界面尺寸设计时在满足 GJB5246 界面尺寸基础上，对此转接器界面尺寸进行加严控制，减小间隙的距离，并对间隙产生的不连续电容进行补偿，从而减小转接器的反射系数。时将加工方法宣贯固化。用此方法在公司及同岗位上取得了较大提升，也得到在公司广泛运用，为公司微型针孔类零件台阶孔加工奠定了很好的基础。