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來(lái)源：Digi-Key 作者：Steven Keeping 射頻同軸連接器和電纜是常見的元器件，在軍事應(yīng)用中發(fā)揮著基本不可見但非常關(guān)鍵的作用。該組件的工作是將頻率高達(dá)數(shù)十千兆赫 (GHz) 的射頻信號(hào)從天線傳送到接收器。它必須可靠地處理敏感的射頻信號(hào)并保持其完整性，同時(shí)要足夠堅(jiān)固，能夠經(jīng)受住戰(zhàn)場(chǎng)上的嚴(yán)酷考驗(yàn)。 對(duì)于在尋找射頻連接器的工程師來(lái)說(shuō)，選擇成百上千，如果只是滿足一些基本要求，射頻連接器或多或少都一樣，因此大家可能都傾向于選擇最便宜的。但這將是一個(gè)錯(cuò)誤。許多射頻連接器不是按照嚴(yán)格的工程規(guī)格制造的，一個(gè)設(shè)計(jì)不良的元件的故障可能導(dǎo)致價(jià)值數(shù)百萬(wàn)美元的軍事設(shè)施在關(guān)鍵時(shí)刻無(wú)法使用。這使得所選擇元件按照公認(rèn)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)建造變得至關(guān)重要。 除了耐用性、防潮和防塵等機(jī)械性能，以及阻抗、頻率范圍、電壓駐波比 (VSWR) 和絕緣電阻等電氣性能外，其他因素也會(huì)影響設(shè)計(jì)。例如，在某些軍事應(yīng)用中，如火箭發(fā)射器導(dǎo)軌、光學(xué)部件內(nèi)表面和小武器應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼連接器的光反射會(huì)導(dǎo)致操作問(wèn)題。 在尋找堅(jiān)固可靠的射頻連接器時(shí)，選擇信譽(yù)良好的制造商是一個(gè)很好的開始，因?yàn)檫@些廠商的射頻連接器經(jīng)過(guò)實(shí)際檢驗(yàn)，是按照相關(guān)的軍事性能規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)制造的。 本文探討了軍用射頻同軸連接器的關(guān)鍵電氣和機(jī)械選擇標(biāo)準(zhǔn)。并以 Amphenol SV Microwave 的實(shí)例器件，討論了它們的應(yīng)用。特別要強(qiáng)調(diào)的是，對(duì)于使用黑鉻射頻連接器的利基應(yīng)用，要使用高檔次、耐用、不反光的表面。 高性能射頻同軸電纜和連接器 確保射頻元件能夠滿足軍事應(yīng)用嚴(yán)格要求的關(guān)鍵是購(gòu)買符合相關(guān)軍事性能規(guī)范 (MIL-PRF) 的元件。只有一部分制造商能夠提供符合要求的射頻連接器。有一家公司能做到這一點(diǎn)，那就是 Amphenol SV Microwave。該公司提供 400 多個(gè)符合 MIL-PRF M39012 的射頻連接器。 MIL-PRF-39012 是射頻連接器的核心標(biāo)準(zhǔn)。它要求在多個(gè)制造階段進(jìn)行視覺、機(jī)械和電氣測(cè)試，以確保符合要求。該規(guī)范還要求生產(chǎn)設(shè)施和工藝符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。符合 MIL-PRF-39012 規(guī)范的同軸連接器和適配器非常適合用于軍事（和其他高可靠性）應(yīng)用，包括雷達(dá)、SATCOM 地面設(shè)備和航空航天射頻/微波組件。 MIL-PRF-39012 連接器的一個(gè)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)是，中心引腳必須按照標(biāo)準(zhǔn)化的深度、粘附性和表面處理進(jìn)行鍍金。配接觸頭上的鍍金確保了最小的插入損耗和在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期良好的電氣接觸（圖 1）。 
圖 1：MIL-PRF-39012 連接器的一個(gè)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)是，中心引腳必須按照標(biāo)準(zhǔn)化的深度、粘附性和表面處理進(jìn)行鍍金。（圖片來(lái)源： Amphenol） 射頻同軸電纜設(shè)計(jì)注意事項(xiàng) 在為軍事應(yīng)用設(shè)計(jì)射頻同軸解決方案時(shí)，必須將電纜和連接器作為一個(gè)完整的系統(tǒng)來(lái)考慮。系統(tǒng)的性能高度依賴于這兩個(gè)元件的完美配合。 典型的同軸電纜由銅芯或鍍銅鋼絲構(gòu)成。銅芯承載著連接設(shè)備的高頻輸入/輸出信號(hào)。同時(shí)一個(gè)通常由塑料制成的電介質(zhì)絕緣體會(huì)圍繞著銅芯。絕緣體的厚度是固定的，并確保銅芯和電介質(zhì)周圍的金屬屏蔽層之間保持恒定間隙。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)槿魏魏穸鹊淖兓紩?huì)導(dǎo)致阻抗的變化，進(jìn)而影響到信號(hào)的完整性。 金屬屏蔽層由銅、鋁或其他金屬編織而成，緊緊包裹著絕緣體。其作用就是保護(hù)內(nèi)芯免受外部電磁干擾 (EMI)。然后，該組件包裹在一個(gè)橡膠或塑料護(hù)套中，以對(duì)內(nèi)部導(dǎo)體進(jìn)行絕緣和保護(hù)（圖 2）。戶外等級(jí)的電纜需要額外的絕緣和特殊的護(hù)套，以保護(hù)電線免受陽(yáng)光和濕氣的影響。 內(nèi)芯傳輸高頻信號(hào)，而屏蔽層僅作為回流線。兩個(gè)導(dǎo)體之間存在一個(gè)電磁場(chǎng)，但不超過(guò)屏蔽層。這意味著，穿過(guò)電纜的射頻信號(hào)不會(huì)影響附近的電氣和電子設(shè)備。
圖 2：同軸電纜由四部分組成：內(nèi)導(dǎo)體、塑料電介質(zhì)、回路線/屏蔽層；以及外部（黑色）橡膠或塑料護(hù)套。（圖片來(lái)源： Amphenol） 在電介質(zhì)絕緣體與中心導(dǎo)體接觸的地方，它吸收了一些電能。對(duì)于長(zhǎng)電纜，信號(hào)的衰減可能是顯著的。高效電纜使用的隔層與內(nèi)導(dǎo)體的接觸最小，并在內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體之間形成一致的空氣間隙，充當(dāng)有效的電介質(zhì)。 阻抗的重要性 在高頻射頻系統(tǒng)中，傳輸效率取決于天線的阻抗與發(fā)射器或接收器的阻抗匹配。 顯著不匹配會(huì)導(dǎo)致天線功效不佳，因?yàn)樗蓴_了前向行進(jìn)的功率并產(chǎn)生了駐波。衡量阻抗均衡程度的一個(gè)常用指標(biāo)是電壓駐波比 (VSWR)。VSWR 為 1 表示沒有阻抗失配損失，而更高的數(shù)字表示損失增加。例如，VSWR 為 3.0 表示大約 25% 的發(fā)射器功率在天線系統(tǒng)中損失。 射頻連接器和電纜構(gòu)成了天線阻抗的一部分，因此，設(shè)計(jì)者必須了解元件的阻抗值，以最大限度地提高射頻系統(tǒng)的效率。同軸電纜的特性阻抗與內(nèi)導(dǎo)體的外徑和外導(dǎo)體的內(nèi)徑之比成正比。介質(zhì)絕緣體的主要功能是設(shè)置并保持這種隔離。 在大多數(shù)情況下，電纜制造商提供的射頻電纜阻抗為 50、75 或 95 歐姆 (Ω)，盡管也有其他阻抗。除了一系列的固定阻抗外，電纜還提供不同的電介質(zhì)類型、電容、外徑、衰減特性和屏蔽材料。 版本一般按照兩個(gè)系統(tǒng)來(lái)分，LMR（字母的含義是歷史的：重要的是要知道這些電纜是一種低損耗的類型）和無(wú)線電指南 (RG)。RG 類型有更多的選擇，然而并非所有的選擇都符合軍事規(guī)格。信譽(yù)良好的供應(yīng)商可以協(xié)助處理軍用器件的選擇。 射頻同軸連接器注意事項(xiàng) 射頻同軸連接器能夠讓電纜牢固地連接到無(wú)線電設(shè)備上。無(wú)論電纜有多好，連接器不合適都將破壞電氣性能。電纜和連接器之間機(jī)械上的安全和電氣上的牢固配合將確保良好的信號(hào)完整性和一致的阻抗，即使在高頻率下。提供完整性的一種方法是將電纜和連接器組裝在一起，由制造商作為一個(gè)完整的組件交付。制造商最有能力確保高質(zhì)量的連接，也會(huì)在交貨前測(cè)試組件的完整性。 標(biāo)準(zhǔn)極化公接頭的外殼內(nèi)側(cè)有螺紋，有一個(gè)中心引腳，而標(biāo)準(zhǔn)極化母接頭的外殼內(nèi)側(cè)有螺紋，但沒有中心引腳。將公頭與母頭連接在一起不是好的設(shè)計(jì)做法，因?yàn)檫@將增加電纜的固有信號(hào)損失。更好的做法是使用一根連續(xù)的長(zhǎng)距離電纜，因?yàn)檫@將確保信號(hào)損失較低和阻抗一致。如果要將一個(gè)公接頭連接到另一個(gè)公接頭，或?qū)⒁粋�(gè)母接頭連接到一個(gè)母接頭，正確之法就是使用同軸電纜適配器。這雖然可以用，但在高規(guī)格的應(yīng)用中，不建議這樣做，因?yàn)檫@也會(huì)增加信號(hào)損失。 與電纜一樣，射頻連接器也有各種類型，并且有固定的阻抗值。一個(gè)常見實(shí)例是超小型 A 版 (SMA)。該連接器采用堅(jiān)固的螺紋式連接機(jī)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)阻抗為 50 Ω，設(shè)計(jì)適用頻率范圍從直流（0 赫茲 (Hz)）到 18 GHz。應(yīng)用包括微波系統(tǒng)和手持式無(wú)線電（圖 3）。
圖 3：SMA 連接器提供螺紋連接，具有 50 Ω 的阻抗，可以處理高至 18 GHz 的射頻信號(hào)。（圖片來(lái)源： Amphenol） 另一種常見類型是超小型 B 版 (SMB)。這種產(chǎn)品比 SMA 小，并采用卡入式聯(lián)接設(shè)計(jì)。它們有 50 和 75 Ω 兩種阻抗，工作頻率高至 4 GHz。與 SMA 產(chǎn)品相比，這種連接器不夠堅(jiān)固，不適合在惡劣的環(huán)境中使用。 其他類型的射頻連接器包括；F 型，用于電纜調(diào)制解調(diào)器和有線電視等應(yīng)用；N 型，用于使用粗電纜的商業(yè)應(yīng)用；FME 型，用于蜂窩通信設(shè)備；TNC 型，用于戶外蜂窩應(yīng)用；以及 UHF 型，用于業(yè)余和海上無(wú)線電。 連接在射頻同軸電纜上的射頻連接器通常會(huì)擰入連接在穿板上的反極性連接器上，或直接連接到接收或發(fā)送射頻信號(hào)的設(shè)備上。穿板類型有外螺紋，與電纜連接器的內(nèi)螺紋配接（圖 4）。選擇穿板連接器時(shí)還是找制造電纜射頻連接器的廠家最佳，雖然標(biāo)準(zhǔn)化確保了任何制造商的相同類型的連接器都能使用，但是總會(huì)有些意外影響因素。
圖 4：SMA 穿板連接器有外螺紋，與電纜連接器內(nèi)螺紋配合。（圖片來(lái)源： Amphenol） 無(wú)反光射頻連接器選擇 信譽(yù)良好的制造商會(huì)提供一系列直式、彎角以及公母連接器選擇。但有些廠商，如 Amphenol SV Microwave，也在其提供的產(chǎn)品中包括特殊元件。該公司產(chǎn)品系列有一個(gè)重要補(bǔ)充產(chǎn)品，即同時(shí)用于電纜和穿板應(yīng)用的無(wú)反光 SMA 射頻連接器。 在許多軍事應(yīng)用中，工業(yè)射頻連接器的標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼或黃銅表面可能導(dǎo)致問(wèn)題。例如，如果用在小武器上，這種射頻連接器可以反射自然光并暴露戰(zhàn)斗人員的位置。或者在飛機(jī)或直升機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)中使用射頻連接器可能會(huì)產(chǎn)生光偽影，破壞瞄準(zhǔn)系統(tǒng)的精度。 為了滿足對(duì)無(wú)反光射頻連接器的需求，Amphenol 推出了鍍黑鉻的 SMA 公頭電纜連接器 2911-61008（圖 5，左），以及配套的鍍黑鉻 SMA 母頭穿板連接器 2921-61689（圖 5，右）。這些產(chǎn)品的阻抗均為 50 Ω，可以支持高達(dá) 18 GHz 的射頻信號(hào)，連接次數(shù)高至 500 次。上述每個(gè)實(shí)例連接器的中心觸頭材料均采用鍍金鈹銅合金。該射頻連接器設(shè)計(jì)用于 RG-405（0.085 英寸）、半剛性射頻同軸電纜，符合軍用規(guī)范要求，在國(guó)防應(yīng)用中很受歡迎。
圖 5：Amphenol 軍用規(guī)格 SMA 公頭電纜連接器（左）和母頭穿板連接器（右）提供無(wú)反光黑鉻層。（圖片來(lái)源： Amphenol） 該射頻連接器的主體材料是不銹鋼，上涂有符合 MIL-C-14538 標(biāo)準(zhǔn)的黑色鉻層。該規(guī)格所涉及的黑鉻層是軍方獨(dú)有的，它堅(jiān)硬、附著力強(qiáng)、耐高溫，而且完全不反光。該連接器帶提供了一個(gè)不反光的 SMA 公頭防塵帽 2911-61009，斷開電纜后蓋在母頭穿板連接器上。 結(jié)語(yǔ) 軍事應(yīng)用會(huì)受到灰塵、油脂、熱量和振動(dòng)的影響。這些應(yīng)用的連接器和電纜預(yù)計(jì)要在數(shù)年內(nèi)可靠地傳輸高頻信號(hào)。這些連接器有一些需要非反射涂層的變型，這些涂層要足夠堅(jiān)韌和耐用，能夠承受高溫和沖擊而不發(fā)生裂紋或磨損。 射頻軍事應(yīng)用的設(shè)計(jì)者可以通過(guò)向像 Amphenol SV Microwave 這樣的廠商支尋求持，確保其設(shè)計(jì)符合所需的要求，這些供應(yīng)商能夠提供符合軍事性能規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。 |
