SMP弯头接印制板连接器设计

SMP弯头接印制板连接器设计

王泗瑞

中国电子科技集团公司第四十研究所

摘要：本文描述了SMP弯头接印制板连接器的设计。通过三维电磁仿真，确定连接器弯角结构，并对结构进行优化以达到射频性能设计要求。

关键词：SMP、弯头、连接器、电磁仿真

1. 引言

SMP连接器是一款阻抗为50Ω的超小射频同轴连接器，使用频率最高可达到40GHz，可满足小型、高频率和紧密等连接要求。该类型连接器通常用于高频同轴模块之间的小型、简易化连接。

随着科技的发展和产品技术的更新迭代，设备对元器件的小型化和稳定性要求越来越高。由于普通的SMP弯连接器在两个90°直角板间的连接时，连接器会出现沿轴向转动现象，导致板间多个连接器在装配时效率低，甚至会出现损坏。因此需要开发一款SMP弯头，以满足90°直角板间的高效装配，且不会因轴向转动导致损坏。以下介绍SMP弯头接印制板连接器设计。

2. 设计原理

2.1射频同轴连接器设计基本原理

1)SMP弯头接印制板连接器实际上是一端SMP同轴界面、一端接微带界面的匹配连接，因此，在设计时完全可归类为同轴连接器的阻抗匹配问题。

射频同轴连接器在设计时应保证每一段的阻抗尽可能一致，阻抗设计值为50Ω。阻抗计算公式为：

Z0=

式中，Z0：理论特性阻抗；ε：介质的介电常数；D：外导体内径；d：内导体外径。

2)连接器的尺寸比较小，在设计时同轴段尽量增加绝缘子的使用以增加连接器的力学可靠性。

3)由于连接器是弯头结构，故内导体在设计时采用整体弯针结构。整体弯针（一个内导体弯折成90°角）相对于分体弯针（两个内导体呈90°角互连）的优势在于，整体弯针不仅过渡更为平缓，阻抗连续性好，同时还可以提高装配效率和合格率。

4)在连接器内部的弯角区域会出现弯折过渡段，从而造成连接器的阻抗不连续性。对于这种情况可以采用空气段对不连续段进行补偿，通过一段空气长度δL来进行阻抗补偿，然后再在接下来的三维仿真中对δL进行优化。

2.2连接器的力学结构设计

在连接器的结构设计过程中，首先需要保证的是产品的力学结构稳定性。在设计初期，连接器采用的结构是分体弯针，即由两个内导体呈90°角连接在一起（见图1a），同时内导体与外壳之间仅部分同轴段采用绝缘介质支撑，大部分同轴段是空气介质，该结构导致连接器在装配过程中内导体的合格率比较低，装配效率也比较低，并且内导体的固定性也比较差；因此在后期的设计改进过程中，将内导体改为整体弯针结构，即一个内导体弯折成90°角（见图1b）。

a) 分体弯针结构                     b）整体弯针结构

图1SMP弯头接印制板连接器补偿结构

2.3连接器的仿真设计

在连接器的结构确定以后需要通过HFSS三维电磁仿真技术对连接器的结构进行优化，以达到整体的阻抗匹配。在三维模型建模时候，需要对阻抗不连续界面的参数设置变量，通过仿真不断优化连接器的内部结构和尺寸。

如图1b所示，在仿真的时候，需要在弯折处通过空气段进行阻抗补偿。考虑到实际装配情况，连接器的两个绝缘子在连接处均需要有45°倒角的切边。对于空气段的长度δL则需要通过不断地仿真来确定最终尺寸。由于零件尺寸较小，连接器的频率可达18GHz，导致零件加工尺寸和装配公差对于射频性能的影响比较大，因此在设计产品结构时应尽量考虑将结构简化。连接器的最终优化结果见图2。

图2SMP弯头接印制板连接器仿真结果

由图2可知，当连接器的频率达到18GHz时，连接器的驻波比均小于1.2。

3. 设计结果

根据设计结果对产品样品进行加工试制，并按照相关标准对样品进行试验验证。产品实物图见图3，并在试制样品中随机抽取10只连接器进行测试。

图3SMP弯头接印制板连接器实物图

利用矢量网络分析仪对连接器进行实际指标测试，校准用SMA/2.92校准件，测试频率为18GHz，最终的测试结果如下表1：

表1SMP弯头接印制板连接器测试结果

4. 结论

通过对产品进行试制以及试验验证可知，产品的设计结构是可行的，产品在高频的电性能和机械性能指标较优。目前产品已用于设备的装配，实际使用情况良好。

参考文献

[1] SMP界面定义标准.

[2]吴正平.射频连接器设计及论文汇编[C].北京:中国电子技术标准化研究所，2005.

[3]谢拥军,王鹏,李磊.AnsoftHFSS基础与应用[C].西安:西安电子科技大学,2007.