【導讀】針對Ka
、Q和 U 三個流行頻段，仿真、設計和製造波導連接器以實現組件集成。該概念適用於各種波導頻帶，其中玻璃珠可用於標準射頻饋通，在WR-10中最高可達110 GHz。原型和初始生產數據顯示了全波導頻帶覆蓋，其 RF 性能可與同軸連接器相媲美。波導連接器可用作許多現有 RF 組件包中需要波導接口的同軸連接器的直接替代品。

簡介

連接的微波和毫米波元件和子組件廣泛用於測試儀器
、科學儀器以及通信和雷達係統。組件或子組件包最常見的RF接(jie)口(kou)格(ge)式(shi)包(bao)括(kuo)同(tong)軸(zhou)連(lian)接(jie)器(qi)和(he)矩(ju)形(xing)波(bo)導(dao)。同(tong)軸(zhou)連(lian)接(jie)器(qi)是(shi)幾(ji)十(shi)年(nian)前(qian)推(tui)出(chu)的(de)
，非(fei)常(chang)成(cheng)熟(shu)和(he)標(biao)準(zhun)化(hua)。目(mu)前(qian)，占(zhan)主(zhu)導(dao)地(di)位(wei)的(de)射(she)頻(pin)接(jie)口(kou)是(shi)與(yu)標(biao)準(zhun)射(she)頻(pin)饋(kui)通(tong)(玻璃珠)結(jie)合(he)使(shi)用(yong)的(de)現(xian)場(chang)可(ke)更(geng)換(huan)同(tong)軸(zhou)連(lian)接(jie)器(qi)。它(ta)們(men)為(wei)微(wei)波(bo)和(he)毫(hao)米(mi)波(bo)元(yuan)件(jian)和(he)模(mo)塊(kuai)封(feng)裝(zhuang)提(ti)供(gong)方(fang)便(bian)可(ke)靠(kao)的(de)射(she)頻(pin)接(jie)口(kou)。同(tong)軸(zhou)連(lian)接(jie)器(qi)的(de)最(zui)新(xin)進(jin)展(zhan)已(yi)將(jiang)其(qi)頻(pin)率(lv)推(tui)高(gao)至(zhi) 110 GHz。此外，用於汽車雷達和 E 波段通信鏈路在引入1.35 mm連接器也取得了進展。當實施可現場更換的同軸連接器時，它們為各種微波和毫米波封裝提供了簡單性和靈活性。圖 1a顯示了一個典型的 2.92 毫米(K)現場可更換同軸連接器。RF饋通(玻璃珠)用於將 RF 信號傳入和傳出封裝。

目前，對於高達67 GHz的1.85 mm連接器應用，RF饋通可用的最小引腳直徑為9 mil。一些實驗表明，如果小心實施，1.85 毫米饋通可用於高達 110 GHz 而er不bu會hui激ji發fa高gao階jie模mo式shi。在zai許xu多duo情qing況kuang下xia，同tong軸zhou線xian係xi統tong的de缺que點dian是shi信xin號hao損sun耗hao高gao和he功gong率lv處chu理li能neng力li有you限xian。因yin此ci，當dang必bi須xu降jiang低di損sun耗hao和he提ti高gao功gong率lv處chu理li能neng力li時shi
，使shi用yong波bo導dao作zuo為wei RF 接(jie)口(kou)通(tong)常(chang)是(shi)一(yi)種(zhong)有(you)效(xiao)且(qie)有(you)吸(xi)引(yin)力(li)的(de)替(ti)代(dai)方(fang)案(an)。大(da)多(duo)數(shu)波(bo)導(dao)接(jie)口(kou)封(feng)裝(zhuang)都(dou)有(you)內(nei)置(zhi)波(bo)導(dao)端(duan)口(kou)。由(you)於(yu)在(zai)外(wai)殼(ke)內(nei)部(bu)實(shi)施(shi)了(le)微(wei)波(bo)電(dian)路(lu)，集(ji)成(cheng)波(bo)導(dao)到(dao)微(wei)帶(dai)線(xian)的(de)轉(zhuan)換(huan)通(tong)常(chang)受(shou)到(dao)關(guan)注(zhu)和(he)研(yan)究(jiu)，以(yi)滿(man)足(zu)電(dian)氣(qi)和(he)機(ji)械(xie)要(yao)求(qiu)。

許多出版物描述了從波導到微帶線以及其他傳輸線格式(例如鰭線和共麵波導)的寬帶過渡。 從這些出版物中，電路到波導接口通常被視為一個統一的元素。因此
，許多波導接口封裝都是定製設計，需要一次性工程(NRE)工作，包括EM仿真、機械設計和原型製作。這些努力導致產品開發成本增加、shejizhouqiyanchanghekucunguanlifudanzengjia。ciwai，dingzhishejidewaikezaiduankouzhidingfangmianmeiyoulinghuoxing
，lirubodaoshuruhetongzhoushuchulianjieqi，huozhezaiduankoufangxiangfangmian，liruchuizhihuoshuipingbodaoduankou。ciwai，qimidimifengzheyangdebodaoduankouzongshijuyoutiaozhanxingqieangguide。yinci，ruguobodaolianjieqihenxiangxianchangkegenghuandetongzhoulianjieqi，najiangshikequde
，keyishiyongbiaozhunbolizhuzhen。zhezhonglianjieqijiangshiyongweixianchangkegenghuantongzhoulianjieqishejidebiaozhunwaike，bingxiaochuleshejicongbodaodaoqitachuanshujiezhidedingzhizhuanhuandegongzuo。jiyuci

，womentichulexianchangkegenghuanbodaolianjieqidegainian，rutu1。

圖1：現場可更換的同軸和波導連接器。

為了演示這一概念，我們模擬、設計和製造了Ka
、Q和U波段現場可更換波導連接器，以覆蓋26.5至60 GHz的頻率範圍。測得的插入損耗和回波損耗與 EM 模擬一致。許多在生產環境中製造的單元都表現出可重複的性能。Ka、Q 和 U 波段波導連接器的典型插入損耗為 0.5 至 0.7 dB
，回波損耗約為20dB。這些結果與對應的 2.92 毫米、2.4 毫米和 1.85 毫米同軸連接器相當。因此，實現了電性能類似於同軸連接器的波導連接器。

此外
，波導連接器可與其同軸連接器進行機械互換。這些結果有可能徹底改變和改進波導接口元件封裝技術。

波導連接器設計細節

波導連接器的詳細配置及其EM仿真模型分別如圖2(a)和圖2(b)所示。該概念改編自脊波導到同軸過渡波導連接器由三部分組成：連接器主體
、背短路器和插座。連接器主體為標準矩形波導

，集成脊形波導阻抗變換器，降低帶內阻抗，使波導與同軸玻璃珠的50Ω阻抗相匹配。

圖2：(a)波導連接器的配置;(b)波導連接器的cst模型。

如圖2(b)所示
，連接器主體設計采用了三級單脊波導變壓器。CST EM模mo擬ni器qi用yong於yu優you化hua帶dai內nei回hui波bo損sun耗hao和he插cha入ru損sun耗hao，以yi在zai機ji械xie和he製zhi造zao邊bian界jie內nei實shi現xian最zui佳jia性xing能neng。模mo擬ni連lian接jie器qi的de性xing能neng與yu各ge種zhong機ji械xie公gong差cha的de關guan係xi以yi確que定ding關guan鍵jian尺chi寸cun
，從cong而er實shi現xian最zui佳jia性xing能neng和he最zui高gao產chan量liang。發fa現xian脊ji的de末mo級ji高gao度du、背短路位置和同軸線的同心度是最關鍵的尺寸。模擬波導到同軸過渡的最佳性能如圖3所示。

機械設計的主要考慮因素包括插座尺寸、插(cha)座(zuo)材(cai)料(liao)及(ji)其(qi)實(shi)施(shi)。一(yi)旦(dan)選(xuan)擇(ze)了(le)插(cha)座(zuo)尺(chi)寸(cun)，就(jiu)可(ke)以(yi)確(que)定(ding)脊(ji)波(bo)導(dao)的(de)厚(hou)度(du)。安(an)裝(zhuang)孔(kong)的(de)數(shu)量(liang)及(ji)其(qi)尺(chi)寸(cun)和(he)位(wei)置(zhi)均(jun)經(jing)過(guo)仔(zai)細(xi)考(kao)慮(lv)，以(yi)實(shi)現(xian)與(yu)行(xing)業(ye)標(biao)準(zhun)現(xian)場(chang)可(ke)更(geng)換(huan)同(tong)軸(zhou)連(lian)接(jie)器(qi)的(de)互(hu)換(huan)性(xing)。

圖3：(a)wr-28
、(b)wr-22和(c)wr-19的模擬插入損耗和回波損耗。

連接器插座是確保阻抗變壓器和玻璃珠引腳之間可靠的射頻和機械連接的關鍵部件。通過研究行業標準2.92毫米、2.4毫米和1.85毫米同軸連接器的插座

，確定插座孔可容納0.012 密(mi)耳(er)直(zhi)徑(jing)的(de)引(yin)腳(jiao)。插(cha)座(zuo)選(xuan)擇(ze)耐(nai)用(yong)且(qie)彈(dan)簧(huang)作(zuo)用(yong)友(you)好(hao)的(de)材(cai)料(liao)鈹(pi)銅(tong)。為(wei)確(que)保(bao)成(cheng)功(gong)的(de)製(zhi)造(zao)過(guo)程(cheng)和(he)高(gao)產(chan)量(liang)，機(ji)械(xie)設(she)計(ji)基(ji)於(yu)壓(ya)裝(zhuang)裝(zhuang)配(pei)技(ji)術(shu)。它(ta)的(de)實(shi)施(shi)是(shi)為(wei)了(le)確(que)保(bao)準(zhun)確(que)、可靠和一致的生產。安裝孔的尺寸適合2–56個螺釘，間距為0.480英寸。考慮到波導方向的靈活性
，90度旋轉選項由兩個額外的安裝孔支持。

兩個波導連接器的最終實現如圖4(a)所示。圖4(b)中的文本符號表示端口配置。WG(V)-WG(V) 表示輸入和輸出均具有垂直方向的波導端口。類似地，K(F) - WG(H) 表示母K連接器作為輸入端口，波導具有水平方向作為輸出端口等。

圖4：(a)波導連接器的機械圖;(b)使用波導連接器的設備圖示。

許多具有用於同軸連接器的標準射頻饋通(玻璃珠)的設備，例如衰減器、開關、混頻器
、TX/RX模塊等，都可以使用波導接口進行配置，而無需任何額外的工作。使用波導連接器的好處包括：

●   使用帶有標準同軸(玻璃珠)饋通的外殼
，可以靈活地配置具有各種射頻接口的封裝。

●   保持密封封裝，同時避免昂貴的密封波導窗口。

●   通過使用標準同軸饋通(玻璃珠)外殼，避免定製包裝 NRE 並縮短周期時間。

●   通過僅儲存少量標準同軸饋通(玻璃珠)外殼來提高庫存效率。

●   在將各種設備集成到用於雷達
、通信、儀器儀表等的子組件中時，消除了各種適配器或波導互連組件及其插入損耗。

●   還開發了用於其他常見波導頻帶的波導連接器。

連接器的測量射頻性能

我們製造了 Ka、Q 和 U 波段波導連接器。生產運行顯示出一致的 RF 性能單元。典型的測量性能如圖5 所示。圖 5中的曲線是在帶有兩個背靠背連接器的 VNA 上繪製的。為獲得單個連接器的回波損耗而增加的4 dB是基於對相同級聯雙端口設備的分析。

從圖 5kezhi，gaiqijianzaimoniheceliangjieguozhijianguanchadaolianghaodexingnengxiangguanxing。moniheshicezhijiandexiaopianchahebuyizhizhuyaoshiyouyubeikaobeiceliangheshujuhouchulizaochengde。ciwai，jiagonggongchahezhizaogongyiyecuchengleyingjianxingnengdebianhua。congceliangdexingnenglaikan

，zhexiebodaolianjieqikeyuduiyingde K(2.92 毫米)

、2.4 毫米和 V(1.85 毫米)同軸連接器相媲美。

圖 5：(a)wr-28、(b)wr-22 和(c)wr-19的測量插入損耗和回波損耗。

結論

在本文中，我們提出了一種類似於現場可更換同軸連接器的新型波導連接器。連接器專為三種流行頻段 Ka、Q 和U波導而設計和製造。測量結果與仿真數據一致。該概念適用於較低的微波頻段和較高的毫米波頻段
，直至WR-10 波導。原型和初始生產數據顯示
，全波導頻帶覆蓋的RF性能可與同類產品同軸連接器相媲美。當微波和毫米波組件和多功能模塊需要波導接口時，波導連接器可方便地替代同軸連接器。

來源：《國際線纜與連接》
， 馮文飛編譯 作者：Eravant USA公司

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