一、射频连接器简介
由于典型的射频系统由任何数量的部件组成，如射频发生器、放大器、衰减器、功率计、耦合器、天线等，很少考虑这些高端设备，如连接器和电缆通常被视为事后考虑。射频和微波频谱可以使用各种同轴连接器和电缆，但这些基本组件是错误的，可能导致系统退化不良。
通信、广播、射频同轴连接器EMC 在测试、商业、军事、测试和测量领域提供重要的射频链路。在本指南中，您将了解不同类型的射频同轴连接器、电缆和各种电缆的用途。为帮助选择最适合您的特定应用程序的连接器提供指导和意见。
2、常用射频同轴连接器的类型
可用的大量 RF 连接器可能不知所措，但它们只有几个关键参数。连接器最明显的特点是其物理尺寸。其他考虑因素包括功率处理和频率范围能力。为了确保最大功率传输，连接器的特性阻抗应与电源和负载相匹配。必须考虑每个应用程序的所有这些特性，以及连接器的耐久性和成本。
在某些情况下，射频应用中最常见的连接器类型级、高频和高功率版本是射频应用中最常见的连接器类型。
BNC
BNC 连接器可能是测试和测量领域使用最广泛的连接器之一。贝尔实验室在这里 1950 射频测试设备(如音频和信号发生器、示波器和放大器)的低功率互连通常在20世纪初开发。便宜的 BNC 使用卡口固定环提供快速配合/解配动作，防止意外断开。BNC 连接器通常设计为提供 50 或 75 欧姆的特征阻抗取决于应用程序。BNC 连接器通常额定用于 DC – 4 GHz 频率范围；然而，它们很少 500 MHz 以上使用。虽然它们可以处理高达 1 GHz 的 80 – 100 瓦平均功率，但通常没有最大额定功率。
TNC
TNC 连接器只是 BNC 螺纹版的连接器。它提供了更安全的连接，从而减少了 BNC 振动问题可能出现。TNC 将在比 BNC 工作频率更高，功率更大 TNC 版本可用。
SMA
SMA 类型连接器在 1960 已被证明是低功率、高频应用的热门选择。它最初是用来的 141 中心导体用作中心引脚的半刚性同轴电缆。其用途后来扩展到中心引脚焊接的柔性电缆。它由内接触环和通过卡环连接的六角形夹紧螺母组成。使用特殊扳手达到正确扭矩；通常是 5 磅英寸。有不同的版本可供选择，如高频、自锁择。SMA 通常用作射频板、微波滤波器和衰减器的互连，其工作频率高达 18 GHz。精密版扩展到频率上限 26.5 GHz。虽然 SMA 将与 2.92mm/'K'、3.5mm 和 APC-3 配合使用。
3.5 毫米
3.5mm 主要原因是连接器 Hewlett Packard（现为 Keysight Technologies）开发的精密连接器。它在设计上和 SMA 类似，但使用空气电介质来获得更高的性能。这些连接器在 34 GHz 性能好，但通常用于 26.5 GHz。由于 3.5mm 它是一种精密连接器，昂贵的精密连接器，因此通常用于校准套件和测量应用，而不是常见的测试和生产应用。
2.4 毫米
这款 50 GHz 连接器由 Hewlett Packard（现为 Keysight Technologies）于 1980 中期开发，采用 4.7mm 外导体围绕 2.4mm 中心导体排列。2.4mm分为三个等级：通用、仪器和测量。因为这些连接器和 SMA 系列不直接兼容，需要精密适配器 2.4mm 连接器与 SMA 配合。
2.92 毫米/K 型
此连接器由 Wiltron（现为 Anritsu Corporation）设计和开发。该连接器的性能和性能 2.4mm 相当，但最大频率限制是 40 GHz。“K 类型的标志源于它覆盖的一切 K 波段频率的能力。
N型
这是当今世界上最常用的射频连接器之一。贝尔实验室拥有这种高性能连接器 1940 设计有螺纹耦合接口和内垫圈，防止元件进入。N 型式连接器坚固耐用，相对便宜，标准版本可以 11 GHz 无模式运行。精密版将频率限制到上限 18 GHz。这种耐用的螺纹连接器在放大器、定向耦合器、功率计和同轴衰减器上很常见，可以提供非常安全的连接。有 50 和 75 有线电视行业常用欧姆两种版本。
C型
C 型连接器由 Amphenol 用于处理高功率应用，并提供快速插入/脱插操作。它使用与 BNC 双螺柱卡口固定环设计相似。多年来，C 连接器的受欢迎程度有所下降，但仍然可用。7-16和功率能力相似，7-16 DIN 在许多情况下，它被用作替代品。有 75 ohm 版本以及“SC该版本包含一个螺纹套环，用于更安全的连接。
7-16 标准
与上述其他连接器相比，这是美国最新的连接器。7-16 DIN 由 Deutsches Institut fur Normung (翻译:德国国家标准组织)；因此，它被称为DIN”。名称的数字部分是指内外导体的尺寸；7表示内导体的外径，单位为mm，16表示外导体的内径，单位为mm。7-16 使用 M29 x 1.5 螺纹连接螺母。7-16 DIN 适用于通信应用的连接器设计考虑低互调。其它常见的应用包括天线、基站连接、射频电缆、卫星通信和防雷系统。
EIA
EIA有系列同轴连接器EIA 7/8”、EIA 1 5/8”、EIA 3 1/8”、EIA 4 1/2”和EIA 6 1/8版适用于射频应用。设计用于支撑泡沫或空气电介质电缆，由主体和各种螺栓环的安装法兰组成，通常具有可交换/可拆卸的中央导体子弹。由于其设计的灵活性，EIA 由于连接器通常可以配置为任何一种，因此连接器通常不被识别为公头或母头。EIA 连接器可用于定向耦合器、同轴电缆、功率放大器输出、通信塔和天线连接的高功率应用。一般测试和测量应用中最常见的尺寸是 1 5/8 和 7/8 EIA。
选择正确的连接器
现在你对最流行的射频同轴连接器类型有了更好的了解。让我们考虑在选择智能连接器时应用的思维过程。
请务必记住，具体应用程序将决定连接器的频率范围和功率处理要求。下表是选择正确连接器类型时使用的参考。该图提供了在匹配源/负载阻抗条件下，在受控实验室环境中使用常见结构和材料的同轴连接器类型的功率处理的一般指导。
由于连接器的结构、环境、设备温度和反射功率，连接器的功率处理能力有很大差异。连接器的连续性 CW 额定功率主要基于耗散功率引起的温升 I2R 由于产生的损耗和介电损耗。因此，热管理成为额定功率的主要因素。以下是这些方面的详细讨论。
连接器结构及材料
连接器中使用的材料会影响电源处理能力，其中介电材料的影响最大。如今，大多数连接器使用几种含氟聚合物中的一种来捕获和支撑连接器的中心导体，其中聚四氟乙烯 (PTFE) 它被广泛使用。空气介电连接器(如精密) 2.4、2.9 或 3.5mm 可完全避免使用连接器 PTFE，并使用高温材料(如 Ultem 1000）。在其他情况下，导热介质可用于大功率连接器的比例 PTFE 中央导体冷却效果更好。
另一种感兴趣的材料是中心导体上的涂层。高温会导致接触材料的快速氧化，增加电阻和 I2R 损耗。这种功耗的增加使温度更高，最终失控。不幸的是，这种行为不像电介质加热那么容易表现出来，因为它非常依赖于环境条件（如实验室和海洋）以及通常专有的电镀材料和厚度。然而，介电材料的限制更容易表现为短期故障模式和功率限制。
温度
连接器的温度会受到环境空气温度和连接设备温度的影响。热交换通常比环境温度对连接器/设备的传导有更大的影响。其目的是保证内部连接器的温度不超过内部组件的温度额定值，这主要受介电材料温度额定值的限制。在额定温度下，功率处理将从全额定功率降级到零功率。请务必咨询连接器制造商的温度降额曲线。
反射功率
一些入射功率在不匹配的负载下运行时会反射回电源。在同一电缆上传输的入射和反射功率的组合会导致驻波的形成。这些驻波的测量值是电压驻波比 (VSWR)。这些驻波导致电流峰值和零点一波长间隔出现电流峰值和零点。更高的电流转化为更高的功率，从而产生更大的热量。沿电缆峰值的位置会增加局部加热，导致沿电缆交替的高低温区域。由峰值驻波功率引起的局部加热，请使用以下降额计算：
如下图所示：
使用峰值驻波功率是一种很好的做法，波长长大，电流峰值宽，与相邻电流零分离好。然而，在高频中使用相同规则的小连接器可能会导致不切实际的保守额定功率。由于高频处的短波长，局部冷热区域非常小，非常接近，从而促进了这些区域之间的热传递，从而降低了峰值温度。随着频率的增加，这种热平均降低峰值温度，VSWR 定义为：
如下：
这种热平均效应有时允许在峰值驻波功率降低和平均驻波功率降低之间更激进的额定功率。如果您选择这样做，请咨询连接器制造商以获得指导。
脉冲操作
除上述方面外，还有几个额外的因素需要考虑。
接器可以处理大于其连续 CW 额定功率的脉冲功率水平。这是由于没有加热发生时的脉冲关闭时间。这允许连接器在此期间冷却，从而在整个波形周期内经历热平均。但是，整个波形周期内的平均功率不得超过连接器的 CW 额定功率。平均功率计算如下：
在平均功率接近连接器连续 CW 额定功率的脉冲应用中，请咨询连接器制造商以获取更多指导。
在非常高的功率水平下运行时，还必须考虑电压击穿。以非常高的脉冲功率水平和非常短的占空比进行操作可能会导致可接受的平均功率水平。然而，脉冲期间的高电压可能超过介电材料的击穿电压。这可能导致中心导体和屏蔽/接地之间产生电弧，从而导致组件损坏和烧毁。请注意，与相同距离的简单非同轴间隙配置中的击穿水平相比，同轴配置中的电压击穿水平会更低。可以计算同轴配置中的击穿电压水平以确定连接器是否适合应用。
介电材料将具有比空气更高的击穿电压。然而，在对峰值电压限制进行建模时，良好的做法是使用空气击穿值而不是更高的介电材料击穿电压，因为很可能在 RF 链的某处存在气隙。
连接器配合和保养
连接器是射频链中的关键组件，有助于在系统中实现适当的性能。由于这些组件包含机械作用以及携带射频，因此在使用时需要小心。损坏的连接器，如果配合，可能会损坏配合的连接器。由于连接器的成本可能很高，因此建议采取预防措施并小心使用。
连接器配合
确保要配合的连接器在物理上兼容并且具有相同的阻抗等级。务必在配合前检查连接器，这可能需要借助显微镜或放大镜才能获得足够的细节。寻找金属颗粒、纤维、灰尘和其他污染物。检查公连接器上的中心销是否居中、笔直且未损坏，并验证母插孔是否居中、打开且未变形。寻找身体变形或凹痕。根据插孔结构，验证任何触点或弹簧夹是否就位且未损坏。
在配合之前，清洁两个连接器。这对于在较高频率下使用的精密连接器尤其重要，因为在这种情况下测量很容易受到污染物的影响。清洁、干燥的空气，如罐装空气，可用于吹出连接器。吹过连接器的表面以将碎屑拉出，因为直接吹入连接器可能会更牢固地留下碎屑。无绒棉签上的少量异丙醇也可用于清洁连接器，但是，请避免使用过多的溶剂，以尽量减少溶剂芯吸到连接器中。空气介电连接器很脆弱，如果需要对内部触点进行机械清洁，则必须非常小心。清洁内螺纹和外螺纹，并检查是否有任何会干扰螺纹啮合的毛刺或粗糙度。
对接连接器时，小心对齐两个连接器的中心轴，并尽可能将其推直。在保持连接器主体静止的同时，用手转动连接器螺母，将其拧到配对的连接器上。切勿让连接器主体旋转，因为这会导致不必要的和不必要的磨损，这可能会对一个或两个连接器的中心导体造成永久性损坏。螺母应自由螺纹并用手完全啮合配合螺纹。如果遇到过大的阻力，请卸下连接器以调查问题。
用手拧紧螺母后，使用扭矩扳手将连接器拧紧至规定扭矩，同时在必要时使用扳手防止配对连接器旋转。确保使用正确的扭矩规格，因为扭矩过大会使连接器变形，而扭矩不足会导致配合不完全和性能下降。这一步对于高频连接器尤其重要，因为轻微的机械变化将对高频的较短波长产生更大的影响。
在匹配兼容的连接器类型（例如 3.5 毫米和 2.92 毫米连接器）的情况下，应使用两个扭矩规格中较低的一个。
连接器保养
连接器是系统的组成部分，连接器的退化或损坏会影响整个系统的性能。正确的连接器保养对于确保系统正常运行至关重要。
可以采取一些措施来保护连接器：
定期检查和清洁连接器。
不使用时，应在连接器和适配器上安装防尘帽，以防止损坏、碎屑和污染。
避免接触配合面。
将连接器存放在清洁干燥的环境中，并以受保护的方式存放，不要松散地放在容器中。
请勿掉落连接器，因为这可能会造成物理损坏，尤其是精密空气介电高频连接器。
此外，实现连接器保护程序的使用也是一个很好的做法。在经常更换电缆和连接的用途中，通常是在生产或制造环境中，连接器保护器将承担正常使用的磨损。连接器保护器充当牺牲磨损物品，从而保护测试设备上的连接器。这允许在需要时仅更换损坏/磨损的连接器保护装置，而无需承担更换测试设备上的连接器或更换电缆的费用和停机时间。
需要注意的是，添加连接器保护装置虽然在机械上是有益的，但它是 RF 路径中的额外连接对，可能对系统性能产生不利影响，并可能增加测量不确定性。应进行测量以表征添加连接器保护器的效果。
最终，由于连接器使用中涉及的机械过程，以及配合和去配合循环，连接器会磨损，性能会下降。遵循适当的保养、维护、储存和交配技术将最大限度地延长使用周期。
适配器
使用适配器在连接器类型之间进行转换需要小心，并了解所涉及的限制。仅适配器可用这一事实并不意味着它适合在您的应用程序中使用。每种连接器类型都有最大频率和功率限制，对于这两种连接器类型，应用程序都需要在这两个限制范围内运行。
在 RF 链中保持与放大器输出上使用的连接器类型相同是一种好方法。考虑到两种连接器类型可能承受的最大可能频率和功率，使用适配器转换为不同的连接器类型需要小心。
连接器等级
对于给定的连接器类型，并非所有连接器都按照相同的精度标准制造。一些连接器类型，主要是高频类型，有各种质量等级。行业中使用了三种常见的连接器质量类别，制造商之间的设计和术语各不相同。
计量级是精度和质量等级最高的连接器，也是最昂贵的。这些通常保留用于高精度应用，例如用于校准目的和用于校准标准。
中档连接器，有时称为“仪器级”，具有良好的性能并提供准确的测量，通常用于测试设备和实验室使用。
最低等级的连接器，称为“商业”或“生产”或“现场”级连接器，具有较宽松的公差和较低的性能，是最便宜的连接器等级。这些最常用于生产和制造。
请注意，连接器类型的最大额定频率可能会因连接器的等级而异，因此在连接器额定频率的较高端操作时要小心，以确保所使用的连接器的等级能够支持使用中的频率. 各等级之间的设计和性能差异的详细信息，请参考制造商的产品信息。
系列间兼容性
虽然不直观，但一些连接器系列家族与其他连接器系列兼容，并且可以进行物理连接。但是，每个系列都有自己的功率和频率限制。
2.4 毫米和 1.85 毫米连接器在机械上兼容并且可以相互插配。
3.5mm、2.92mm/'K' 和 SMA 连接器具有相同的基本尺寸，并且可以相互配合。但是，较宽松的 SMA 公差可能会损坏高精度 3.5mm 和 2.92mm 连接器。这主要适用于使用公头 SMA 连接器时，公头中心引脚直径或高度的变化可能会损坏配对连接器的母头插孔。
此外，在将 SMA 连接到 3.5mm 或 2.92mm 连接器时，在配合之前仔细对齐连接器以避免损坏中心触点非常重要。一些 SMA 连接器被归类为“精密 SMA”，它们的制造公差更小，可以安全地与 3.5mm 和 2.92mm 连接器配合。无论如何，交配过程需要仔细执行。
连接器性别
连接器性别通常被认为是由连接器中心触点的性别决定的，但事实并非如此。尽管这些在许多情况下确实一致，但更好的做法是了解可能的不同连接器配置，以及如何确定连接器性别。连接器性别指定不是由中心引脚定义，而是遵循连接器主体配置。然后，中心引脚将确定连接器是标准极性 (SP) 还是反极性 (RP)。
带有内螺纹的连接螺母/外壳的连接器被称为公连接器（或插头）。主体带有外螺纹的连接器称为母连接器（或插孔）。
确定连接器性别后，查看中心导体配置以确定连接器是 SP 还是 RP。带有公中心针的公连接器或带有母中心插座的母连接器是 SP 连接器，因为主体和中心导体的性别匹配。SP 连接器是常见的常规配置。
带有母中心插座的公连接器或带有公中心针的母连接器是 RP 连接器，因为主体和中心导体的性别不同。RP 连接器不太常见，最初是为在特殊应用中使用而开发的，以防止对设备进行改动。
下面是标准极性 SMA 和反极性 SMA 连接器的图像，用于可视化配置。
在 RP 连接器可用的情况下需要小心，因为尽管 SP 和 RP 连接器可以物理配合，但这会导致中心引脚由于被强制在一起而损坏，或者如果两个母中心连接不连续插座已配对。
连接器测量
同轴连接器的功能取决于配对连接器之间的物理接口。为了达到最佳性能，中心导体高度非常重要。如果中心导体嵌入到连接器主体中超过允许的公差，则连接性能会下降。但是，如果导体超出公差范围，除了可能的物理损坏外，性能还可能受到影响。损坏或超出公差的连接器可能会损坏与之匹配的每个连接器，从而将损坏扩散到其他连接器并影响测量精度并导致维修费用。由于这些原因，建议测量连接器以确认连接器尺寸在可接受的公差范围内。仪表套件适用于大多数连接器类型。
建议为电缆和设备建立定期测量程序，以检测超出公差的情况和连接器损坏或磨损。测量前应进行清洁和检查。此外，良好的做法是在设施中首次使用之前测量任何连接器，例如电缆、适配器和设备上的连接器。
连接器规格
下表进一步定义了本参考指南中涵盖的射频连接器的最大频率、功率和耦合扭矩参数。
最大频率、功率和耦合扭矩
三、射频电缆
使用上述指南选择射频连接器后，下一个合乎逻辑的步骤是选择合适的射频电缆。有多种同轴电缆类型可供选择。与射频同轴连接器一样，同轴电缆根据物理特性和电气参数进行分类。可提供柔性、半柔性或刚性铠装电缆。必须考虑电气参数，例如特性阻抗（50 和 75 欧姆是常用值）、插入损耗、最大电压和最大功率能力。应用程序将确定正确的电缆选择。一些应用需要低损耗电缆以最大化电力传输。其他应用需要柔性电缆，可能没有限制性铠装，以方便用户使用。同轴电缆有助于射频组件的整体性能，并可能成为最大频率和功率处理能力的限制因素。重要的是要记住，任何电缆组件的频率和功率处理能力都会受到最低额定功率和频率能力的射频连接器的限制。
为方便电缆选择，AR/RF 微波仪器开发了一系列高质量、按订单生产的同轴电缆。这些低损耗电缆的特点是 VSWR 非常低，并根据最终用户的特定需求量身定制。有四个基本系列；CC1、CC2、CC4 和 CC5。定制长度以 0.1 米为增量提供各种匹配的连接器。
CC1 系列 -这些是适用于 18 GHz 应用的铠装低损耗电缆。它们提供 SMA、TNC、N 或 7-16 连接器。
CC2 系列 –这些是适用于 40 GHz 应用的铠装低损耗电缆。它们提供 2.4mm、2.92mm、3.5mm、SMA、TNC 或 N 连接器。
CC4 系列——这些是适用于 6 GHz 应用的高功率、柔性电缆。它们提供 N、7-16、DIN 7/8 EIA 或 1-5/8” EIA 连接器。
CC5 系列 –这些是低损耗电缆，兼容高达 11 GHz 的高功率应用。它们提供 N、7-16 DIN、C 或 SC 连接器。