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射频连接​器的设计基本概念详解

2017年11月22日 11:00 次阅读

  本文基于随着通信市场模块化、小型化、低互调、高效率的发展趋势,重点讨论了通信设备内模块与设备外模块的连接器设计与实现,主要讨论如何实现快插连接器的低互调以及降低电磁泄漏,介绍了母端连接器采用劈6 槽的接触主体与公端腔体侧壁力接触实现低互调的指标,以及采用C 型环填充公母端外导体之间的间隙实现较低电磁泄漏,通过HFSS 电磁仿真软件对VSWR 以及电磁泄漏进行仿真模拟,最后分析测试结果,并总结实际产品的问题以及后续改善的空间。

  1、引言

  从目前市场分析,随着移动通信技术的迅猛发展,高效率和能适应多种系统的射频连接器,已成为当前国内外重要研究课题。另外,城镇化不断发展,站址资源的稀缺,同时人们对高质量网络要求越来越高,促使连接器朝着轻便快捷的操作方式、小型化、宽频化的方向发展,而且随着集成化程度提高,各种通信模块逐步形成标准模块,这些模块在终端通信设备厂家可自由进行模块与模块的连接; 以及模块与通信设备外模块的连接。目前,市场上普遍存的通信设备箱内模块与设备箱外的模块之间的连接依然采用的是通过一根射频线缆组件完成内外的连接[5],如图( 1-a) 。因为设备箱内的模块与设备箱外的模块的连接,不但要求较高的互调指标而且需要较低的电磁泄漏指标,设备外部的连接端口也需要很强的耐候性。本文重点研究了设备箱内的模块与设备箱外的模块的连接方式,即将原本采用的射频线缆组件压缩成一对单独的连接器,采用快插的方式实现通信模块与通信箱外的端口连接,如( 图1-b) 。该方案压缩了设备箱体的空间,便于通信设备的小型化,同时进一步提高了通信模块标准化。

  

射频连接​器的设计基本概念详解

  图1-a、常见的端口连接方式

  

射频连接​器的设计基本概念详解

  图1-b、快插端口连接方式

  2、射频连接器的设计基本概念

  2.1、特性阻抗

  射频连接器最基本的要求是跟传输线的特性阻抗相匹配,对于均匀同轴传输线,在理想导体条件下的特性阻抗公式为[1]:

   (1)

  式中,εr为介质介电常数; D 为外导体内径; d为内导体外径[2]。

  2.2、无源互调

  无源互调( Passive Inter-ModulaTIon,PIM) 是由发射系统中各种无源器件的非线性特性引起的。在大功率、多信道系统中,这些无源器件的非线性会产生相对于工作频率的更高次谐波,这些谐波与工作频率混合会产生一组新的频率,其最终结果就是在空中产生一组无用的频谱从而影响正常的通信。所有的无源器件都会产生互调失真。无源互调产生的原因很多,如机械接触的不可靠、虚焊和表面氧化等。随着移动通信系统新频率的不断规划、更大功率发射机的应用和接收机灵敏度的不断提高,无源互调产生的系统干扰日益严重,因此越来越被运营商、系统制造商和器件制造商所关注。无源互调有绝对值和相对值两种表达方式。绝对值表达方式是指以dBm 为单位的无源互调的绝对值大小; 相对值表达方式是指无源互调值与其中一个载频的比值( 这是因为无源器件的互调失真与载频功率的大小有关) ,用dBc 来表示。典型的无源互调指标是在两个43dBm 的载频功率同时作用到被测器件DUT 时,DUT 产生-100dBm( 绝对值) 的无源互调失真,其相对值为-143dBc。[4]

  3、产品设计与实现

  根据目前市场普遍存在的模块结构以及外箱结构,本文采用面板锁紧,002 产品与通信模块在成模块厂内完成组装测试,001 连接则通过连接器厂家完成组装测试,最终通信模块在终端通信厂家采用001 快插连接器完成与通信模块组装测试,有利完成通信模块的标准化以及集成化和小型化,同时第4 期吴文进等: 快插低互调射频连接器设计与实现7简化了终端通信厂家的单独模块的组装测试,有效的提高通信设备的效率以及小型化。本文根据公式1 计算出内导体结构尺寸为:

  内导体2.12mm,外导体7.0mm,绝缘体采用介电常数为2.05 的PTFE。

  为了有效提高无源互调指标值,002 连接器采用劈6 槽的接触主体,使其有效的001 的主体在插拔时,其有效与001 主体存在侧向接触力,可有效提高无源互调指标值。设计方案如图2 所示。

  图2、设计方案示意图

  图3-a、HFSS 仿真软件建立模型

  图3-b、电压驻波比仿真结果

  采用HFSS 仿真软件建立模型[3],如图3-a。其电压驻波比仿真结果如图3-b,其电磁场仿真结果见图4。

  图4、电磁场仿真结果

  根据仿真结果分析,电压驻波比6GHz 最大1.06,完全可以满足通信模块的电压驻波比指标值。但是,电磁泄漏仿真在劈槽主体的连接器处有较大的电磁泄漏出现,无法满足通信模块的使用场景。为了满足在不影响较大盲插配合的情况下降低电磁泄漏,需充分降低连接时连接主体间的间隙,则需要采用柔性的配合结构,本文采用在连接主体间隙内增加一个C 型卡环,充分地填充了公母端配合时主体间的间隙,且不影响盲插配合。

  4、测试结果及分析

  分别对8 组通道同时测试无源三阶互调,如图( 5-a)。测试结果全频段( 0 ~3GHz) 均小于-115dBm;通常此类板对板盲插的连接器仅仅满足频段( 0 ~3GHz)均小于-85dBm。该连接器的无源互调指标值远远优越于目前市场存在的板到板盲插连接器,并分别测试其电磁泄漏值,如图( 5-b) 结果均小于-100dB( 0 ~3GHz) ,也优于与目前该类产品的指标值(-75dB)。

  

  图5-a、无源三阶互调测试

  

  图5-b、电磁泄漏测试

  5、结束语

  该连接器通过公母端配合时,其外导体内壁存在侧向力接触,实现了低互调指标。通过C 型环结构的加入,在不影响大容差情况下,实现了电磁低泄漏。同时在标准化、集成化、高频化的今天,能够有效地满足设备箱内模块与设备箱外模块盲插,并且有着稳定的无源互调指标的连接器将会越来越受青睐,但本文设计的连接器在长期可靠性的验证方面还需长期考验,还有一些未知的因素可能会带来产品性能的恶化,还需要长期追踪验证。

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移动通信采用电磁波作为信号的传输载体进行无线通信,因此,其射频电路在移动通信终端上居于重要的位置,射...

发表于 2017-12-13 06:32 287次阅读
移动终端中三类射频电路的发展趋势分析

自适应前馈射频功率放大器设计

现代无线通信的迅猛发展日益朝着增大信息容量,提高信道的频谱利用率以及提高线性度的方向发展。一方面,人...

发表于 2017-12-13 06:18 299次阅读
自适应前馈射频功率放大器设计

基于MOS场效应管的大功率宽频带线性射频放大器设...

大功率宽频带线性射频放大器模块广泛应用于电子对抗、雷达、探测等重要的通讯系统中,其宽频带、大功率的产...

发表于 2017-12-13 05:39 241次阅读
基于MOS场效应管的大功率宽频带线性射频放大器设...

RDA6205芯片基本信息介绍

作为目前在世界上使用最为广泛的移动通信标准,自从九十年代开始在全球大规模商用以来,GSM一直展示出强...

发表于 2017-12-13 05:31 191次阅读
RDA6205芯片基本信息介绍

基于TDA5255和XC866单片机的射频收发器...

近距离无线数据通信作为无线接入通信方式中的一种,可广泛应用于遥控、报警、遥测等领域。采用射频收发器件...

发表于 2017-12-13 05:27 165次阅读
基于TDA5255和XC866单片机的射频收发器...

基于FFT的频谱分析仪进行功率与频率测试分析

RF功率的频域测量是传统频谱分析仪和现代的矢量信号分析仪最基本的测试。恰当的测试方法对于避免结果出现...

发表于 2017-12-13 05:24 213次阅读
基于FFT的频谱分析仪进行功率与频率测试分析

基于CDMA系统的基站覆盖方案设计

在当前如火如荼地进行节约型社会建设的形势下,如何以低成本投入和维护支出获得高性能的第三代无线网络覆盖...

发表于 2017-12-13 03:58 60次阅读
基于CDMA系统的基站覆盖方案设计

3G移动通信对射频电缆的需求详解

移动通信对射频电缆的需求 目前,移动通信已成为发展最迅速的领域之一。中国已超过美国成为拥有手机最多的...

发表于 2017-12-13 01:49 94次阅读
3G移动通信对射频电缆的需求详解

新型射频开关转换电路的设计与应用

通常RF系统中有许多输入输出的端口,用多端口网络分析仪分析散射特性价格比较昂贵。所以一般要用开关对多...

发表于 2017-12-12 20:27 82次阅读
新型射频开关转换电路的设计与应用

手机输出功率检测反馈控制电路设计

为了保证系统的容量及互操作性,GSM系统规范对手机发射功率的精度、平坦度、发射频谱纯度以及带外杂散信...

发表于 2017-12-12 17:58 173次阅读
手机输出功率检测反馈控制电路设计

新一代无线接入技术的发展给RF架构带来新挑战

随着移动数据业务的不断增长,以及移动电视、Web2.0、多媒体在线游戏等诸多新型应用涌现,3GPP开...

发表于 2017-12-12 15:32 48次阅读
新一代无线接入技术的发展给RF架构带来新挑战

基站与移动设备不平衡连接解决方法:1.9GHz基...

在lna的设计中主要考虑低噪声系数(nf)、足够的增益(g)和绝对的稳定性。对于本文tma放大器中l...

发表于 2017-12-12 13:30 183次阅读
基站与移动设备不平衡连接解决方法:1.9GHz基...

TD-SCDMA手机射频前端设计分析

TD-SCDMA标准规定的与接收机线性幅频特性有关的指标包括:ACS、阻塞、杂散响应、交调抑制。阻塞...

发表于 2017-12-12 13:26 170次阅读
 TD-SCDMA手机射频前端设计分析

基于无线局域网标准的接收机射频前端设计

本文介绍了一种应用于IEEE 802.11b/g无线局域网标准的2.4 GHz ISM单片CMOS接...

发表于 2017-12-12 13:24 159次阅读
基于无线局域网标准的接收机射频前端设计

基于无源超高频UHF RFID应答器芯片的射频电...

本论文提出的射频电路芯片采用支持肖特基二极管和电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)的Charte...

发表于 2017-12-12 13:21 282次阅读
基于无源超高频UHF RFID应答器芯片的射频电...

基于峰值检波器的射频功率测量方案

随着射频传输的应用,对射频功率测量的需要也随之产生。最简单的方法基于著名的峰值检波器,该检波器是一种...

发表于 2017-12-12 12:31 132次阅读
基于峰值检波器的射频功率测量方案

基于WiMAX技术5.8G无线专网射频系统设计解...

WiMAX作为一项无线城域网技术,同当前的3G以及WIFI相比,在带宽、覆盖范围及数据率上具有明显的...

发表于 2017-12-12 12:05 141次阅读
基于WiMAX技术5.8G无线专网射频系统设计解...

蓝牙设备RF部分的测试项目介绍

蓝牙设备工作于ISM频段,通过高斯频移键控(GFSK)数字频率调制技术实现彼此间的通信,设备间采用时...

发表于 2017-12-11 20:53 180次阅读
蓝牙设备RF部分的测试项目介绍

采用PCTF技术降低微波/射频器件成本的封装方案

射频/微波器件的封装设计非常重要,封装可以保护器件,同时也会影响器件的性能。因此封装一定要能提供优 ...

发表于 2017-12-11 17:03 122次阅读
采用PCTF技术降低微波/射频器件成本的封装方案

AWR射频、微波设计软件及其应用对象分析

射频 、 微波 设计 的布线过程在整个 电路 性能设计中是最重要的,因此必须与 仿真 工具紧密结合。...

发表于 2017-12-11 16:38 319次阅读
AWR射频、微波设计软件及其应用对象分析

两种基带射频接口协议介绍及基本工作原理分析

3G标准原先就有宽带码分多址(WCDMA)、CDMA2000、时分同步码分多址(TD-SCDMA)3...

发表于 2017-12-11 15:09 170次阅读
两种基带射频接口协议介绍及基本工作原理分析

是什么让射频前端的设计愈发复杂?

直到早期的LTE网络部署,射频系统的设计涉及较少数量的前端组件,也因此相对的简单与直接。当无线网络开...

发表于 2017-12-11 14:43 1729次阅读
是什么让射频前端的设计愈发复杂?

基于0.35μmCMOS工艺的射频压控振荡器设计

基于0.35μm工艺,考虑低压和低功耗,设计了一个工作频率为4.2GHz的VCO,并在该电路中分别采...

发表于 2017-12-11 14:24 113次阅读
基于0.35μmCMOS工艺的射频压控振荡器设计

基于DRFM的数据采集前端的设计思路和方法

本文以DRFM设计为核心,着重介绍了DRFM的数据采集前端的设计思路和方法。在超高速数据采集领域,数...

发表于 2017-12-11 12:45 112次阅读
基于DRFM的数据采集前端的设计思路和方法

提升宽带RRU用户感知,保证功放效率是关键

为了应对TD网络扩容、TD-LTE试验的高质量网络需求以及各类新技术带来的频率资源竞争问题,中国移动...

发表于 2017-12-11 10:50 43次阅读
提升宽带RRU用户感知,保证功放效率是关键

射频放大器综合性能的分配设计及仿真分析

本文基于复平面圆图提出了一种小信号时射频放大器的分配方案,分析了射频放大器的特性,给出了增益、驻波比...

发表于 2017-12-11 06:16 215次阅读
射频放大器综合性能的分配设计及仿真分析

基于SPCE061A单片机的信号分析系统的总体...

射频识别RFID技术是一种基于射频原理实现的非接触式自动识别技术。它的基本原理是信号通过空间耦合(交...

发表于 2017-12-11 04:59 62次阅读
 基于SPCE061A单片机的信号分析系统的总体...

射频单收芯片--RNC2410的应用解析

卫星导航定位技术目前已成为人类活动中普遍采用的导航定位技术,并迅速发展成为一个新兴的产业卫星导航定位...

发表于 2017-12-11 04:01 38次阅读
射频单收芯片--RNC2410的应用解析

非接触式的射频读卡器设计分析

无线射频识别技术(RFID)作为一项先进的自动识别和数据采集技术,已经广泛应用到生产制造、物流管理、...

发表于 2017-12-11 02:19 69次阅读
非接触式的射频读卡器设计分析