MIL、IEC、ESA標(biāo)準(zhǔn)中使用頻率為18GHz的TNC型射頻同軸連接器界面比較

1、.MIL、IEC、ESA標(biāo)準(zhǔn)中使用頻率為18GHz的TNC型射頻同軸連接器界面比較中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十研究所 喬長(zhǎng)海摘要：本文對(duì)MIL、IEC、ESA標(biāo)準(zhǔn)中使用頻率為18GHz的TNC型射頻同軸連接器界面進(jìn)行了結(jié)構(gòu)尺寸的比較，對(duì)各部分進(jìn)行了上限截止頻率的驗(yàn)算、比較。指出了它們之間的不同之處。關(guān)鍵詞：界面 上限截止頻率 比較1 概述射頻同軸連接器是一種特殊的同軸傳輸線，在傳輸系統(tǒng)中起到連接和斷開(kāi)傳輸系統(tǒng)的作用，同時(shí)還應(yīng)滿足傳輸系統(tǒng)的其它一些相關(guān)的性能要求，如電性能、耐環(huán)境性能等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、整機(jī)系統(tǒng)水平的提高，對(duì)射頻同軸連接器高性能的要求也越來(lái)越迫切。TNC系列射頻連接器是一種螺紋

2、連接（7/16-28UNEF）的射頻同軸元件，螺紋連接為界面結(jié)合處的泄漏防護(hù)提供了條件，同時(shí)也為保持插合狀態(tài)下的界面穩(wěn)定性提供了保障。其優(yōu)點(diǎn)明顯，所以受到廣大設(shè)計(jì)師們的青睞，使用范圍非常廣泛，在數(shù)據(jù)通訊等領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用。目前，常用的特性阻抗為50的TNC型連接器有使用頻率分別為11GHz和18GHz兩種。而后者是在前者的基礎(chǔ)上，通過(guò)界面的改進(jìn)形成的。MIL、IEC、ESA標(biāo)準(zhǔn)對(duì)使用頻率為18GHz的TNC型連接器進(jìn)行了規(guī)定。那么，3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定有什么差別呢？筆者對(duì)3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的連接器界面進(jìn)行了分析對(duì)比，并進(jìn)行了相關(guān)計(jì)算，供廣大設(shè)計(jì)師們參考。2 界面結(jié)構(gòu)及尺寸比較對(duì)于使用頻率為18GHz、特性阻

3、抗為50的TNC型射頻同軸連接器，IEC60169-26（1993）、MIL-STD-348A（1988）第313部分、ESA/SCC3402/008009均給出了插針接觸件和插孔接觸件連接器界面。3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中空氣介質(zhì)的界面結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1和圖2。由圖1和圖2可以看出，除MIL標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了絕緣支撐的安裝方式外，IEC60169-26、MIL-STD-348A規(guī)定的界面尺寸基本相同，所以主要對(duì)MIL-STD-348A與ESA/SCC3402/008009所給出的界面進(jìn)行對(duì)比。IEC標(biāo)準(zhǔn)界面MIL標(biāo)準(zhǔn)界面ESA標(biāo)準(zhǔn)界面尺寸MILIECESAminmaxminmaxminmaxA11.18-11.18-11

4、.4011.60B7.988.087.988.088.038.09C6.056.156.02D1.321.371.321.371.341.36E5.28-5.28-5.355.50F5.38-5.38-G5.28-5.28-5.285.38H0.081.020.08-0.350.90K1.98-1.98-M-1.98-1.98-0.300.55N1.60-1.60-1.502.40P3.96-3.96-R-0.64-0.640.350.65d-1.621.66D1-5.285.32圖1 插針接觸件連接器界面IEC標(biāo)準(zhǔn)界面MIL標(biāo)準(zhǔn)界面ESA標(biāo)準(zhǔn)界面尺寸MILIECESA

5、minmaxminmaxminmaxA9.609.689.609.689.619.68B8.799.048.799.04-C8.318.468.318.469.329.46D05E4.624.724.624.724.684.72F1.732.241.732.241.802.20G8.318.518.318.518.348.46H4.75-4.75-J5.035.285.035.284.985.23K-0.15-3L4.95-4.95-4.225.26M2.132.21-2.142.18N-5.84-6.056.15P5.035.

6、285.035.285.185.28R10.52-10.52-S0.380.760.380.76-T4.574.984.574.98-U-2.34-2.342.142.18V-1.431.47d-2.132.18-D1-6.9757.025圖2 插孔接觸件連接器界面2.1 插針接觸件結(jié)構(gòu)與尺寸插合段：MIL標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了插針端部的倒角為55°66°及1°4°的錐面，直段部分的最小長(zhǎng)度為1.98mm。ESA標(biāo)準(zhǔn)則對(duì)端部的倒角角度沒(méi)有明確的規(guī)定，也沒(méi)有給出錐面過(guò)渡部分，但在試驗(yàn)用連接器界面中給出了插針端部的倒角為55°65°及1°3

7、°的錐面。功能段（非插合段）：MIL標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的外徑尺寸為1.321.37，而ESA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的值則為1.341.36，可見(jiàn)ESA標(biāo)準(zhǔn)比MIL標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的精度高的多。2.2插孔接觸件尺寸MIL標(biāo)準(zhǔn)：插合部分的插孔外徑最大值為2.132.21；對(duì)開(kāi)槽和收口的規(guī)定為“當(dāng)與直徑為1.321.37的插針插合時(shí)，直徑要滿足要求”；尾部給出了變細(xì)的結(jié)構(gòu)，但沒(méi)有規(guī)定具體尺寸。IEC標(biāo)準(zhǔn)：沒(méi)有規(guī)定插合部分的插孔外徑尺寸；尾部給出了變細(xì)的結(jié)構(gòu)，也規(guī)定了尺寸2.132.21（注：可能有誤，該值與MIL標(biāo)準(zhǔn)中的插合部分的插孔外徑尺寸相同，且通過(guò)后面的計(jì)算發(fā)現(xiàn)，若為尾部尺寸，則上限截止頻率達(dá)不到18GHz，應(yīng)與M

8、IL標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)準(zhǔn)位置相同，即為插合部分的插孔外徑尺寸）；規(guī)定了開(kāi)槽前的插孔的孔徑1.381.41；并對(duì)開(kāi)槽的數(shù)量、尺寸及位置精度進(jìn)行了具體規(guī)定。ESA標(biāo)準(zhǔn)：插合部分的插孔外徑為2.142.18；規(guī)定了插孔內(nèi)孔的尺寸為1.431.47；尾部直徑與插合段尺寸相同（沒(méi)有規(guī)定變細(xì)）。主要不同在于：ESA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸精度更高，插孔尾部沒(méi)有規(guī)定變細(xì)。2.3 插針連接器外接觸件MIL標(biāo)準(zhǔn)：外徑尺寸為7.988.08，內(nèi)徑尺寸為6.056.15；開(kāi)槽/不開(kāi)槽任選，選用開(kāi)槽時(shí)，漲口后要滿足電氣和機(jī)械性能要求。ESA標(biāo)準(zhǔn)：外徑尺寸為8.038.09，內(nèi)徑尺寸為6.186.22；采用不開(kāi)槽方式。主要區(qū)別在于：ES

9、A標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的內(nèi)徑尺寸比MIL標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的值稍大，精度更高，明確規(guī)定不開(kāi)槽。3 上限截止頻率的驗(yàn)算與比較3.1 MIL標(biāo)準(zhǔn)中的TNCA型連接器3.1.1 插孔接觸件連接器與插針接觸件連接器插合部分插孔接觸件連接器與插針接觸件連接器插合部分為混合介質(zhì)段（外層為空氣介質(zhì)、內(nèi)層為聚四氟乙烯介質(zhì)），見(jiàn)圖3。因此此段的介電常數(shù)是一個(gè)混合介質(zhì)的等效介電常數(shù)。由于要保證此段的電性能，此段的特性阻抗也應(yīng)滿足50要求，所以可以根據(jù)公式（1）計(jì)算出此段的等效介電常數(shù)。圖3 插孔接觸件連接器與插針接觸件連接器插合示意圖 （1）其中：Z0-特性阻抗，50 r-介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù) D-外導(dǎo)體的內(nèi)徑 d-內(nèi)導(dǎo)體的外徑注：為了

10、統(tǒng)一計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，所有尺寸取標(biāo)準(zhǔn)中給出的尺寸范圍的中間值。則 r復(fù)合=1.538為了方便后面的驗(yàn)算，此處根據(jù)公式（2）計(jì)算出聚四氟乙烯介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。r復(fù)合= （2）而在此插合段，僅為兩種介質(zhì)復(fù)合，所以公式（2）可以簡(jiǎn)化為公式（3）。r復(fù)合= （3）可以計(jì)算出MIL標(biāo)準(zhǔn)中，TNCA型連接器使用的聚四氟乙烯介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)r聚四氟=1.89。連接器上限截止頻率主要取決于連接器外導(dǎo)體內(nèi)徑尺寸、內(nèi)導(dǎo)體外徑尺寸、介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)，見(jiàn)公式（4）。 （4）其中：fc-上限截止頻率 -介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù) D-外導(dǎo)體的內(nèi)徑 d-內(nèi)導(dǎo)體的外徑則 插合段的上限截止頻率fc=18.99GHz。3.1.2插針接觸

11、件連接器非插合段MIL標(biāo)準(zhǔn)的TNCA插針接觸件連接器界面圖中，并沒(méi)有規(guī)定外導(dǎo)體內(nèi)徑和內(nèi)導(dǎo)體外徑的具體值，因此，假設(shè)此段滿足上限截止頻率為18GHz的要求，并通過(guò)公式（4）計(jì)算內(nèi)導(dǎo)體外徑與外導(dǎo)體內(nèi)徑之和，并結(jié)合公式（1）計(jì)算出具體值，看是否滿足結(jié)構(gòu)要求。則 D+d=7.87結(jié)合公式（1），計(jì)算出D=5.97 d=1.9。參考界面圖的相關(guān)尺寸可見(jiàn)，該段結(jié)構(gòu)可以滿足18GHz使用頻率要求，并可通過(guò)適當(dāng)減小D+d的值，進(jìn)一步提高該段的上限截止頻率。3.1.3 插孔接觸件連接器非插合段此段與插針接觸件連接器非插合段結(jié)構(gòu)類似，計(jì)算方法相同，不再重復(fù)。3.2 IEC標(biāo)準(zhǔn)中的TNC18GHz型連接器TNC18

12、GHz型連接器插合段、插針接觸件連接器非插合段與TNCA型連接器相應(yīng)部分的結(jié)構(gòu)尺寸基本相同，上限截止頻率也基本一樣，不進(jìn)行重復(fù)計(jì)算。而插孔接觸件連接器非插合段，由于規(guī)定了內(nèi)導(dǎo)體的外徑d=2.132.21（可能有誤，前面已有說(shuō)明），所以就確定了該段的外導(dǎo)體內(nèi)徑和上限截止頻率。取d=2.17；r=1.89，保證特性阻抗為50。根據(jù)公式（1），D=6.82。根據(jù)公式（4），fc=15.76GHz。3.3 ESA標(biāo)準(zhǔn)中的使用頻率為18GHz的TNC型連接器3.3.1 插孔接觸件連接器與插針接觸件連接器插合部分插孔接觸件連接器與插針接觸件連接器插合部分，與MIL標(biāo)準(zhǔn)中的一樣，也為混合介質(zhì)段。根據(jù)公式（1

13、）和公式（3）可以計(jì)算出：r復(fù)合=1.587r聚四氟=2.016取D=6.2，d=2.16則此段的上限截止頻率fc=18.47GHz。3.3.2插針接觸件連接器非插合段ESA標(biāo)準(zhǔn)的插針接觸件連接器界面圖中，給出了內(nèi)導(dǎo)體的外徑尺寸d=1.621.66，同時(shí)給出了外導(dǎo)體的內(nèi)徑D=5.285.32。取d=1.64，D=5.30。根據(jù)公式（1），Z0=49.57。根據(jù)公式（4），fc=19.77GHz。3.3.3 插孔接觸件連接器非插合段ESA標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此段的尺寸進(jìn)行了規(guī)定，內(nèi)導(dǎo)體的外徑尺寸d=2.142.18，同時(shí)給出了外導(dǎo)體的內(nèi)徑D=6.9757.025。取d=2.16，D=7.00。根據(jù)公式（1），

14、Z0=49.67。根據(jù)公式（4），fc=14.975GHz。4 結(jié)語(yǔ)除個(gè)別地方有差別外，MIL標(biāo)準(zhǔn)中的TNCA型連接器與IEC標(biāo)準(zhǔn)中的TNC18GHz型連接器的界面結(jié)構(gòu)尺寸基本相同。而ESA標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的界面尺寸與MIL、IEC的規(guī)定有所差別，主要為部分尺寸的差別及尺寸精度的差別，ESA規(guī)定的尺寸精度高于MIL、IEC規(guī)定的尺寸精度。ESA標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的插孔接觸件連接器界面中的非插合部分，由于給出了內(nèi)導(dǎo)體的外徑和外導(dǎo)體的內(nèi)徑尺寸，該段的上限截止頻率僅能達(dá)到15GHz左右，因此選用此界面結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)對(duì)此段采取合理的措施，進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，否則不能滿足上限截止頻率為18GHz的要求。參考文獻(xiàn)1GJB5246-2004 射頻連接器界面 總裝備部軍標(biāo)出版發(fā)行部 2005年7月2李明德 擴(kuò)頻連接器及擴(kuò)