射頻同軸連接器可分離式法蘭盤

張宿

（中國電子科技集團公司第四十研究所，安徽　蚌埠　233000）

0 引言

連接器是系統(tǒng)工程重要的配套元件，從系統(tǒng)、分系統(tǒng)、機柜、組合、印制板到每個可更換的獨立單元，成千上萬的連接器如同人的神經(jīng)系統(tǒng)分布于各系統(tǒng)和部位，擔(dān)負(fù)著控制系統(tǒng)的電能傳輸和信號控制與傳遞[1]。因法蘭盤的連接機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、連接方便、連接可靠，法蘭連接器是使用最為廣泛的一種射頻連接器。如何降低法蘭連接器連接機構(gòu)制作成本、提高連接機構(gòu)的一致性及可靠性，是我們值得思考的問題。

1 設(shè)計背景

目前國內(nèi)外使用的射頻同軸連接器，通過安裝方式來分主要有以下三種：（1）法蘭安裝；（2）焊接安裝；（3）螺紋安裝。因焊接安裝方式，對連接器外殼及安裝位置的材料及表面鍍涂要求較高，要求連接器外殼及安裝位置必須具有較高的可焊性、耐焊性，一般焊接安裝方式僅適用于印制板的表面貼裝及體積較小的連接器；因螺紋安裝方式，包括連接器外殼直接與安裝位置通過螺紋鎖緊，和連接器外殼穿板后通過螺母鎖緊兩種方式[2]，但都具有較大的局限性，兩種方式都要求連接器外殼上有外螺紋結(jié)構(gòu)，且應(yīng)有緊固螺紋所用的起子或扳手所需的結(jié)構(gòu)，一般連接器外殼直接與安裝位置通過螺紋鎖緊的安裝方式僅適用于安裝于印制板上的體積較小的連接器，連接器外殼穿板后通過螺母鎖緊的安裝方式所需的空間較大，僅適用于過艙安裝。而法蘭安裝方式，因其結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、連接可靠，對安裝使用環(huán)境要求較低，所以是目前最常見的安裝方式。法蘭連接器在國內(nèi)外使用最為廣泛，它有最多的規(guī)格種類及最多的數(shù)量，如陜西華達科技有限公司（853廠）在產(chǎn)本樣冊中公布出的SMA接口的法蘭連接器多達300多種，而焊接安裝及螺紋安裝方式的連接器僅有不到20種。

目前，國內(nèi)外法蘭連接器的法蘭盤連接機構(gòu)與連接器外殼為一體式結(jié)構(gòu)，為整體零件，要求在同一材料上進行加工和鍍涂。由于法蘭盤需連接在外殼外部，且需必要的螺釘安裝位置，所以法蘭盤尺寸遠遠大于連接器外殼尺寸，一般法蘭盤的徑向包絡(luò)圓尺寸為外殼外圓直徑尺寸的2倍以上。

法蘭盤與外殼的一體式結(jié)構(gòu)存在以下幾個缺點：

1.1 材料成本較高

完成一件外殼與法蘭盤一體式結(jié)構(gòu)零件的制作，需要超過法蘭盤的徑向包絡(luò)圓尺寸的線徑材料，所以所需材料規(guī)格尺寸較大。由于法蘭盤僅起安裝固定的作用，有足夠強度，可耐環(huán)境即可；而連接器外殼除應(yīng)具備強度、耐環(huán)境的指標(biāo)外，還作為射頻通道外接觸件的導(dǎo)體材料，應(yīng)具備導(dǎo)電性甚至彈性的要求[3]。而彈性材料的成本一般為非彈性材料的4倍以上，所以所需的材料等級較高。

1.2 加工成本較高

由于連接器法蘭盤的厚度僅為2 mm左右，而連接器外殼部分的長度至少為10 mm以上甚至達30 mm。由于材料規(guī)格尺寸較大，致使連接器外殼部分需要進行大量切削加工，將遠超外殼外圓直徑的材料加工至外圓直徑尺寸，無疑這需要較大的切削工作。

1.3 一致性較差

不同接口連接器的法蘭盤尺寸不同，但都有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或有推薦尺寸，但由于法蘭盤與外殼作為一體化制作時，連接器的種類、外殼尺寸等各不相同，造成法蘭盤隨外殼進行多批次加工時，批次間的法蘭盤外觀質(zhì)量、尺寸等都存在一致性較差的問題，且很難統(tǒng)一和保障。

2 可分離式法蘭盤結(jié)構(gòu)

本文介紹的射頻同軸連接器可分離式法蘭盤，為獨立零件，可套裝在連接器外殼外部。法蘭盤上有一臺階孔，連接器外殼上有一突出臺階[4]。連接器安裝時，通過法蘭盤上的緊固螺釘所產(chǎn)生的軸向壓力，使法蘭盤與外殼的臺階部位有效結(jié)合；連接器拆卸時，法蘭盤與外殼可有效分離。射頻同軸連接器可分離式法蘭盤，可套裝在一個連接器外殼外部，也可套裝在多個連接器外殼外部。

3 應(yīng)用實例

3.1 替代常規(guī)產(chǎn)品

分離式法蘭盤結(jié)構(gòu)可適用于SMA、TNC、N、BMA、2.92、BNC、L29等任何接口的具有法蘭盤連接機構(gòu)的射頻同軸連接器。

SMA型射頻同軸連接器具有體積小、頻帶寬、機械電氣性能優(yōu)越、可靠性高等優(yōu)點，是應(yīng)用最廣泛的射頻同軸連接器。下面以SMA型法蘭連接器為例，進行法蘭盤外殼一體式和法蘭盤可分離式的結(jié)構(gòu)對比[5-6]。最常見的SMA型法蘭連接器外形尺寸見圖1，目前國內(nèi)外采用的法蘭盤外殼一體式結(jié)構(gòu)示意圖見圖2，本文介紹的法蘭盤可分離式法蘭盤結(jié)構(gòu)示意圖見圖3。

圖1 SMA型法蘭連接器外形尺寸圖

圖2 法蘭盤外殼一體式結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 法蘭盤可分離式結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 法蘭盤、外殼拆分后結(jié)構(gòu)示意圖

如圖所示，完成一件法蘭盤外殼一體式結(jié)構(gòu)的零件制作，需選用直徑至少16.5 mm、長度至少12 mm的棒狀材料，體積共計約2.6 cm3；而完成一件法蘭盤可分離式結(jié)構(gòu)的零件制作，需選用直徑為16.5 mm、長度為2 mm的棒狀材料和直徑為7 mm、長度為12 mm的棒狀材料，體積共計約0.8 cm3。如上所述，法蘭盤可分離式結(jié)構(gòu)相比法蘭盤外殼一體式結(jié)構(gòu)，材料成本降低70%。

如圖所示，不計外殼腔體內(nèi)部的切削加工量，完成一件法蘭盤外殼一體式結(jié)構(gòu)的零件制作，需切削加工掉約1.9 cm3的材料；而完成一件法蘭盤可分離式結(jié)構(gòu)的零件制作，僅需切削加工掉約0.19 cm3的材料。如上所述，法蘭盤可分離式結(jié)構(gòu)相比法蘭盤外殼一體式結(jié)構(gòu)，切削加工量降低90%。如圖所示，因連接器的法蘭盤尺寸有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或有推薦尺寸，尺寸的一致性較高，法蘭盤可分離式結(jié)構(gòu)的法蘭盤零件可形成標(biāo)準(zhǔn)件，可適用于所有SMA型法蘭連接器及所有2.92、3.5、BMA等接口類型的法蘭連接器。法蘭盤零件可一批次大量制作，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了連接器安裝機構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化程度，提高了連接器的一致性及可靠性[7]。另外，在用戶單位的安裝現(xiàn)場，如某一尺寸的法蘭盤不適用于用戶的安裝孔位要求，可進行現(xiàn)場更換法蘭盤零件，達到快速、有效的目的。

3.2 解決高集成度難題[8]

隨著科技的發(fā)展，為適應(yīng)高集成度天線陣面技術(shù)的發(fā)展，射頻同軸連接的設(shè)計與整機系統(tǒng)的集成度、效率及可靠性直接相關(guān)。在整機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸緊湊的條件下，常規(guī)法蘭連接器無法適用于高密度的安裝要求。如圖1所示，兩只SMA型法蘭連接器并排安裝在整機系統(tǒng)中，兩只連接器的中心間距至少應(yīng)為12.7 mm，如果整機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸要求連接器的中心間距應(yīng)縮小至10 mm以下，則該類型連接器無法滿足安裝要求。本文介紹的射頻同軸連接器可分離式法蘭盤解決了這項難題。雙聯(lián)SMA型法蘭連接器結(jié)構(gòu)示意圖見圖5。

圖5 雙聯(lián)SMA型法蘭連接器結(jié)構(gòu)示意圖

如圖所示，雙聯(lián)SMA型法蘭連接器共用同一法蘭盤，共同了兩只連接器之間螺釘孔，減少了一個螺釘孔位尺寸，連接器中心間距可縮小至9.5 mm。這種安裝方式仍保證了一只連接器4只螺釘共同緊固的效果，并不降低安裝可靠性。根據(jù)射頻同軸連接器可分離式法蘭盤可套裝在多個連接器外殼外部的設(shè)計思路，大大縮小了連接器的中心間距，提高了連接器的安裝密度，它對于提高整機系統(tǒng)的集成度，大幅減輕重量、提高技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)起著十分重要的作用[9]。

4 結(jié)論

本文介紹的射頻同軸連接器可分離式法蘭盤，與常規(guī)法蘭連接器的法蘭盤外殼一體式結(jié)構(gòu)相比：（1）將連接器外殼及法蘭盤的材料成本降低至1/3左右，將連接器外殼及法蘭盤的切削加工量降低至1/10，大大減少了連接器的制作成本。（2）可分離式法蘭盤的獨立性、標(biāo)準(zhǔn)化及較廣的適用范圍，保障了連接器法蘭盤的一致性，提高了連接器的可靠性。（3）可分離式法蘭盤具備安裝現(xiàn)場可更換的功能，達到現(xiàn)場法蘭盤如不適用即可快速、有效更換的作用。（4）可分離式法蘭盤，可套裝在一個連接器外殼外部，也可套裝在多個連接器外殼外部[10]，大大縮小雙聯(lián)或多聯(lián)連接器的中心間距，提高了連接器的安裝密度，它對于提高整機系統(tǒng)的集成度，大幅減輕重量起著十分重要的作用，為國家新型設(shè)備實現(xiàn)中小型平臺搭載提供了有力的支撐。

參考文獻：

[1]MIL-A-55339/28A 28Fe bruary 1979 adapter、conneator、coaxial、Radio、frequency、in-line、jammut mounted、(within series SMA plug to series SMA plug Hermetic)、class 2.

[2]MIL-STD-348A 20April 1988 DEPARTMENT OF DEFENSE INTERFACE STANDANDARD.

[3]MIL-PRF-39012:2006 SMA系列射頻連接器詳細規(guī)范.

[4]ESA/SCC3402/001/002/003 SMA型50Ω射頻同軸連接器連接器、轉(zhuǎn)接器詳細規(guī)范.

[5]IEC60169-17:1980 射頻連接器第17部分:外導(dǎo)體內(nèi)徑為6.5mm(0.265in)特性阻抗為50Ω、螺紋連接器的射頻同軸連接器(TNC型).

[6]GJB5246-2004 射頻連接器界面.

[7]翟應(yīng)斌,王箏. 電信重組后射頻同軸連接器及電纜組件的市場前景分析[J]. 中國新通信,2010,12(07):87-90.

[8]李明德.回顧SMA發(fā)展歷程，探討射頻連接器的設(shè)計理念[M].連接器與開關(guān)第十一界學(xué)術(shù)會議論文集.2010.

[9]柏雪崧，李明德.MIL和IEC標(biāo)準(zhǔn)對同型號射頻連接器界面結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)注差異分析[J].機電元件.2016.

[10]陜西華達科技股份有限公司（國營第八五三廠） 產(chǎn)品樣本.2013.