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高性能微型化设备应用催生RF连接器小型化

更新时间:2009-03-28

1 引言

随着信息技术的飞速发展,以智能终端、穿戴式设备、高端测试仪器为代表的新型电子信息设备的性能/功能越来越强大,这些系统不断推进元器件的小型化发展。尽管元器件小型化不是一个新的发展趋势,但可以说是一个永恒的趋势。近二十年来小型化、高密度一直是连接器技术领域最显著的发展趋势之一,这一趋势将随着材料、工艺技术的进步持续下去。

RF连接器,作为一种整机系统常用的元器件,小型化也是其发展趋势之一。RF连接器是一种传输射频信号(频率在3MHz以上)的微波接口元件,用在器件与器件、组件与组件、系统与子系统之间起着连接或分断同轴电缆、微带电路、传输射频信号的作用,通过它可实现射频信号传递路径的连接和分离。

由于同轴传输是一种封闭式的双线传输模式,其传输对象为TEM波,故从直流到H11模的下限截止频率内,均可实现高质量的微波信号传输,且具有成本低、结构紧凑、易于布线等优点,广泛应用于仪器仪表、微波通讯设备、雷达及武器装备系统。

2) 天麻的培育。箭麻定植时间为自然温度3月中旬,温室栽培定植时间为2月上旬,培育基质(干净中粗河沙)的温度控制在15~20摄氏度,空气相对湿度约70%,注意通风换气,补充光照,培育优质天麻。

2 系统小型化高性能催生RF连接器 小型化

随着无线通信、航空航天以及军事尖端科技等高新科学技术的发展,对RF连接器的要求越来越高,需求量也不断增长,促进了RF连接器技术水平的高速发展,近年来RF连接器在质和量上都有突破性提高。随着移动电话、高清家电、高性能军事装备的技术进步,低占空的射频互连技术仍然是当今强势发展的热点之一,小型同轴连接器的需求正不断增加。K型、V型、SSMA型、SSMB型、OSSP型、SMP、SMPM等小型化、微型化、高频率、高性能产品不断面世。2013年,世界RF连接器市场超过22亿美元。其中,BNC、SMA、SMB、SMC等小型、超小型RF连接器占比达到44%,主要应用领域包括蜂窝基站、雷达、天线、测试仪器、视频及局域网设备、医疗设备以及军事航天应用等。可见小型化的RF连接器的用量很大、应用领域非常广泛。

2.1 先进测量仪器是RF连接器小型化的先驱

科技创新,仪器先行,为了实现对电子产品的测试测量,测试技术要有相对的超前性和先进性,所以测试仪器应用需求引领了电子产品技术的发展。同样,RF连接器小型化发展首先就是受微波毫米波测量仪器对RF连接器高频率、宽频带的要求而最先发展起来的。

2.4型RF连接器,由安捷伦科技推出,该公司的同轴50GHz矢量网络分析仪(VNA)的推出,需要研制2.4型/50GHz RF连接器界面,以支持毫米波频率。1.85型RF连接器是20世纪80年代中期由HP公司研制的,在1986年的欧洲微波会议上首次推出,可用到65GHz,其外导体内径为1.85mm,中心导体的直径只有0.523mm;并于1989年1月宣称在360型网络分析仪中得到应用。1.0型RF射频连接器,上世纪90年代由安捷伦公司推出;其使用频率高达110GHz、内导体直径小至0.43mm;Anritsu公司也推出了110GHz同轴VNA,从而推出了110GHzW型连接器。在开发70kHz~145GHz的同轴VNA系统的过程中,Anritsu公司已经展示了0.8型RF连接器。

先进的测量仪器及测试应用对RF连接器高性能的要求,也促使RF连接器的小型化。

2.2 航天/军事系统催生RF连接器小型化

军事/航天领域也是RF连接器的重要应用领域之一,虽然用量不是很大,但由于应用领域特殊,因此备受各方关注,世界各大RF连接器公司和国内的专业厂家均紧盯军事需求这个领域。对于航空、航天及军事应用,高性能、小型化及模块化是当前RF连接器的主要发展方向。

为了提升雷达等装备的抗干扰能力、目标识别及捕捉能力等性能,高频率小型RF连接器的应用需求日益增大:工作频率到40GHz的SMP、2.92系列RF连接器的用量在明显增多,2.4系列(50GHz)、SMPM系列(65GHz)RF连接器的应用需求也已明确提出。对于航空航天等装备,为了提升机动性/有效载荷、降低成本等方面的因素,战时条件下快速维修、更换,迅速恢复武器功能等需求,对RF连接器等提出了小型化、模块化的发展需求。为了应对这种需求,各专业公司研究、开发了多种小型化/模块化的RF连接器,部分示例见表1。

 

表1 部分小型化/模块化RF连接器

  

产品名称研发公司主要特点典型产品图片第二代MBXRF连接器Huber&Suhner防错插性能优,适合模块化安装及板间盲配互连SMPM-T型RF连接器Huber&Suhner工作频率到67GHz。插合的SMPM-T连接器对,与SMA连接器相比尺寸缩小了75%,重量减轻了80%。MiniSMPPasternack公司工作频率到65GHz,同轴miniSMP、PCB安装miniSMP以及气密封miniSMP。SMPM射频盲插连接器MOLEX3.56mm节距,工作频率到65GHz。比SMP连接器小30%。适于要求最佳射频性能的航空航天/防务应用。SMP-MAXEvolutionRADIALL工作频率到40GHz,适合于模块化安装。LRMAmphenol标准模块,65GHz同轴接触件。

随着社会经济的快速发展,我国企业规模也不断扩大,企业经营环境也发生了变化,企业内部财务管理及管理会计对企业经营管理能力的提高也有了比以往更加重要的作用。然而受传统观念的影响,我国许多企业会计工作推行的是财务会计主外,管理会计主内,这种模式下,企业会计职能无法高效发挥,一定程度上阻碍了企业的发展。现行经济形势下,对企业财务会计与管理会计的结合的呼吁越来越高,企业应当加快财务会计与管理会计的结合,进而更好地提高企业管理效率,为企业带来更好的经济效益。

 

近几年来,为了适应板间互连快速发展的需求,Astrolab公司、Radiall公司、Sabritec微波公司、SV微波公司等公司陆续推出了自己的SMPM型RF连接器,外形比SMP小20%~30%,工作频率达到65GHz,为第三代板间RF连接器。SV微波等公司推出了SMPS、罗森博格公司2017年4月推出其WSMP,为第四代板间RF连接器,尺寸比SMP小45%,工作频率可达100GHz,适用于多端口应用中的致密封装,界面高度低。

 

其中,最典型的当属SMP型RF连接器,是第二代板间RF连接器,使用频率范围为DC~40GHz,具有很多优点:1)尺寸小,适合于射频模块的高密度多芯连接;2)频率范围宽,适合于高性能应用;3)连接与分离快速,缩短装备的安装时间;4)盲配直插,无需插拔工具,适合于系统与系统的互连;5)允许径向和轴向一定量的失准,可消除印制电路位置、尺寸的误差;6)具有全擒纵、半擒纵(有限擒纵)和无擒纵(光孔)三种形式的连接机构,可根据应用需求选择不同的连接机构形式;是板-板互连的极好选择。

 

2.3 通信系统微型化催生RF连接器小型化

RF连接器用量最大的领域是通信行业,应用包括基站发射设备、宽带网络及天线系统等。随着通信设备产品的小型化以及射频拉远头(RRH)技术的采用,使RF连接器向着小型化、轻型化发展。最典型的通信基站、地面移动电台的蜂窝站或室内/户外分布式天线系统用小型化RF连接器是4.1-9.5 型RF连接器、4.3-10型RF连接器。

航天/军事系统的高性能,需要集成化、模块化的分系统,大量采用板间互连方式,需要大量的RF连接器,板间互连的特点是往往多路同时插合/分离。为了满足板间推入、拔出的连接与分离,要求RF连接器的连接机构为直插式结构。为此产生了很多小型直插式的RF连接器,如SMB、MCX、MMCX、SMP、SMPM连接器等。这些连接器由于省去了连接螺母及拧紧连接螺母所需的扳手空间,其体积及占空明显降低。SMB型连接器是20世纪60年代发明的一种RF连接器,不仅体积小于SMA型连接器,占用空间更小;MCX连接器是20世纪80年代研制出来的RF连接器,与SMB型连接器具有相同的内接触件和绝缘体尺寸,但体积比SMB小约30%;MMCX连接器是20世纪90年代研制出来的RF连接器,是MCX连接器的缩小版本,MMCX型连接器的尺寸大约为SMB的50%。

但北辰教堂的发展,见证了党和政府对宗教信仰自由政策始终如一的坚守,也见证了昆明市民族团结、宗教和谐的良好局面。

随着水库大坝的不断隆起,下游河道开始日渐干涸。一只只乌龟蜷缩在龟裂、僵硬的土地上艰难爬行、奄奄一息。忽然,一只野鹤翩跹而至,用细长的喙叼起一只乌龟向上游飞去,奋力飞跃大坝,将乌龟扔到水中。随后,更多的野鹤飞来,纷纷叼起乌龟,将它们叼到上游的水域中。乌龟得救了,在水中欢快地游动,野鹤们在水面上盘弋低旋,鸣叫声此起彼伏。一阵阵声情并茂的天簌交汇之后,群群野鹤才向南方飞去。这是一场动物之间的传奇盛举,它为我的家乡九台,播下了善良和爱的神奇。

2)非金属材料的成型壁厚已薄至0.1mm,1.0型RF连接器的介质壁厚更薄至0.05 mm,超过了传统模具填充成型技术的极限,需要探索、研究新的工艺方法。

为适应未来移动通信市场的新型基站以及分布式天线系统(DAS)的需求,由Rosenberger、Huber & Suhner、Spinner 以及Telegartner开发了一个新型连接器系统,即4.3-10 连接器,是近几年炒的最热门的RF连接器产品之一,专利争端、标准竞争等陆续出现。

4)在装配调试方面的挑战更大,对于小型化、高频率的RF连接器,装配过程中的尺寸保证、构件位置关系的控制等均将影响产品性能指标和可靠性。为了保证小型化、高频率RF连接器的质量和可靠性,对RF连接器行业的装配工艺技术、设备与自动化程度及工艺环境提出了挑战。

2.4 便携计算机/家电催生RF连接器小型化

计算机、家用电器基本占据RF连接器应用的第二大市场。在该领域,RF连接器的小型化、模块化也是主要发展方向之一。部分公司为适应该领域应用推出的小型化新产品见表3。

 

表2 部分小型DIN4.1/9.5连接器

  

产品系列公司产品图片目的及应用备注4.1-9.5小型DIN标准系列RF连接器德尔塔电子制造公司满足移动通信系统(基站)的小型化机械尺寸比7/16系列小30%4.1-9.5小型DIN标准连接器和转接器San-tron公司无线和通信应用小型DIN4.1-9.5转接器安费诺Connex公司地面移动电台的蜂窝站或室内/户外分布式天线系统低交调性能应用小型DIN4.1-4.9转接器Fairview微波公司陆地移动无线电通讯、电信设备、无线基础设施、便携式扫频测试等4.3-10连接器Rosenberger、Huber&Suhner、Spinner及Telegartner未来移动通信市场的新型基站以及分布式天线系统小型4.1-9.5DIN的竞争产品

 

表3 部分公司推出的家电用RF连接器新产品

  

产品名称研发公司主要特点主要应用典型产品图片微型BNC连接器COAX75Ω,直径仅7.8mmm,其安装密度是标准BNC的四倍。高清电视的高度密集使用需求新型0.4-2.5连接器系列COAX75Ω界面,表面贴装的间距达到8mm,直角弯式电缆插塞插合高度仅10mm。广播媒介对更高带宽不断增长的需求模块化背板系统Molex接口DIN1.0-2.3RF连接器,具有50Ω和75Ω的阻抗,有些50Ω版本可工作到10GHz。视频、商业广播等行业的电路板应用。

3 小型化给RF连接器行业带来的挑战

RF连接器小型化、模块化的应用需求,为RF连接器行业带来了新的机遇:新技术不断突破,新产品不断诞生,收获技术创新成果,获得新的经济增长点;但同时也给从业者、使用者带来更大的挑战:1)可靠性方面的挑战,由于整机系统安装密度的需求,要求RF连接器越来越小,但由于物理结构上的瓶颈,不可能无限制小下去,而且物理尺寸的减小,产品的可靠性问题更加突显;2)技术融合方面的挑战,在产业融合、技术融合趋势的不断推动下,RF连接器与其它行业的边界越来越模糊,元件、器件、组件、模块、系统等技术相互融合交织、产业相互渗透,难分彼此;3)工艺、测试实现方面的挑战,新结构、新材料的应用使RF连接器性能进一步提升,同时也衍生出新的制造工艺、测试难题。

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3.1 设计技术方面的挑战

在设计方面,随着RF连接器体积的缩小,材料的选用、结构的精密设计的难度增大,如:1)介质材料的选择、结构尺寸的确定及结构的工艺性;2)插孔接触件的材料、壁厚及开槽长度与宽度;3)镀层的设计、厚度的确定;等等都会增大难度。

什么是强者?有责任感,有正确的人生价值观,有积极的奋斗目标,有脚踏实地的实际行动……也许,作为芸芸众生的我们不是最强者,也许,我们一生下来,自控力就先天不足,但这都不能成为放纵自己的理由。为了他人,为了自己,为了不枉度一生,努力提高自己的自控能力,做一个生活的强者!

随着连接器尺寸的缩小,RF连接器也已经变得更加脆弱,所以结构强度、耐振动/冲击及温度等环境方面的可靠性设计更加困难,其中可靠性预计、分配及仿真验证的难度增加最严重,随着小型化的加剧,如何匹配各构件的结构和可靠性来实现整个RF连接器的最佳可靠性,如何建立可靠性模型进行仿真验证,都会比以前增加很大的难度。

3.2 制造工艺技术方面的挑战

在制造工艺方面,也是挑战最大的方面,从零件的机械加工、电镀处理,装配调试,到工艺环境控制等方面要求都提出了新的挑战。

1)RF连接器的内、外导体等金属零件的尺寸精度逐渐从1/100mm升高为1/1000mm;1.0型RF连接器内导体孔径小至0.25mm,深度超过1.3mm;开槽宽度0.05 mm长度近1mm;虽然工艺设备技术的发展可以满足制造使用需求,但现场测量技术、工艺环境等方面仍具有很大的挑战。

4.1-9.5型连接器是DIN7-16的缩小版,其内部结构、连接方式与DIN7-16相似,设计用于无线结构应用。近几年来,很多知名公司(如,德尔塔电子制造、San-tron、安费诺Connex、Fairview微波等公司)陆续推出了自己的小型DIN4.1-9.5连接器/转接器产品,见表2。

同时,油田物资供应处还优化完善现代化物流供应链,建立标准化选型定型采购流程;根据框架协议采取订单式操作,提高物资采购的效率和效益,为低成本、高质量、高效益开发的智慧油

3)在电镀、热处理等方面,挑战主要是小、深孔的电镀以及高精度玻璃烧结等方面的难题。

4.3-10 连接器是4.1-9.5 型RF连接器的竞争产品。4.3-10连接器设计用于满足通信网络设备不断提高的性能要求,4.3-10的亮点在于最佳的电性能和低互调(低PIM)。其尺寸相较于DIN 7-16连接器缩小了40%,重量减轻了60%,非常适合目前的移动通信系统。

3.3 测试技术方面的挑战

对于RF连接器行业来说,小型化、高频率的RF连接器带来的挑战主要包括:测试精度方面的要求、测试仪器及测试标准的缺失等。尤其是哪些小型化模块化的直插式RF连接器,长期以来一直缺乏测试转接器、校准件等测试标准,随着小型化、模块化的加剧,测试标准的缺失情况会日益严重。

4 结语及趋势研判

在移动通信、军事与航天、计算机与家电等牵引下,RF连接器行业在小型化、模块化方面取得了丰硕的成果,同时也提出了技术、能力方面的问题和挑战,随着这些问题的逐步解决,将会取得更加丰厚的收获。对整机系统的发展及应用需求进行分析,RF连接器小型化、模块化的发展趋势仍将持续下去,预计的发展趋势主要包括:

从政策客体来看(如表5),2013-2017年北京市机动车污染防治政策主要涵盖三个层次的客体。一是以移动源为政策客体的文件仅有2017年的1份,这一类政策涉及的范围广泛,既包括机动车,也包括非道路用动力机械、成品油储运系统等非机动车污染源。二是以未作类型细分的机动车为政策客体,文件数为16份,占比34%。三是将机动车细分为“重型车”、“老旧机动车”、“轻型车”等10余种细分领域作为政策客体,文件数为30份,占比63.8%。需要指出的是,2014年和2017年,不仅政策文本总量多,且以细分领域作为政策客体的文件占比也较多,分别占同年政策文本数的66.67%和90%。

1)RF连接器的传输频率不断提高、带宽不断增宽。为了满足武器装备等的保密传输要求,2.92型、2.4型、1.85型、SMPM型等高频率、宽频带微小型RF连接器的应用将快速提升。

中职卫生检验专业的无机化学教授的内容是比较枯燥,学生学习起来比较困惑,但只要教师认真改善教学方法,专研教学技巧,拓宽教学思路,那么无机化学的教学质量肯定会有提高,促进中职卫生检验专业学生无机化学的学习效果。

2)适宜于模块化的小型RF连接器应用广泛,集成互连将成为主要应用模式。在电子对抗、相控阵雷达、ATE中大量需求SMP、SMPM、SMPS等快速插拔、适合模块化的RF连接器;同时,随着模块化技术的进一步发展,独立的射频传输方式会逐步被光、电(含射频)及其它信号一体化的集成互连传输所取代,而且界限会越来越模糊。

3)高可靠。随着武器装备的信息化、通信技术的快速发展,模拟电路让位于数字电路,整机设备也从台式转向便携式,电路的芯片尺寸变得相当小,要求更小的工作电流,更小的电线和连接器。要求RF连接器更小的尺寸和更小的重量,同时可靠性、耐久性要求也越来越高。

4)表面贴装连接器。随着移动通信设备的小型化、模块化发展,表面贴装的RF连接器也将大有可为。

参考文献

[1] Golio, Mike "Front matter",The RF and Microwave Handbook,Editor in Chief Mike Golio,Boca Raton: CRC Press LLC, 2001.

[2] 吴正平等,GJB5246-2004《射频连接器界面》,总装备部军标出版发行部,2005.07.

[3] 吴世湘,《连接器与开关动态》,中国电子学会元件分会 连接器与开关技术部,2017.06等.

 
乔长海
《机电元件》 2018年第02期
《机电元件》2018年第02期文献

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