什么是射频同轴连接器
射频同轴连接器（也称为射频连接器或RF连接器，其实严格上来说射频连接器并不完全等同于同轴连接器，射频连接器是从连接器的使用频率的角度来分类而同轴连接器是从连接器的结构来分类，有些连接器并不一定是同轴的，但也被用到射频领域而同轴连接器也可用在低频，例如，非常常见的音频耳机插头,频率不超过3MHz. 从传统的角度来讲, 射频指MHz范畴, 现在的同轴连接器往往被用在微波领域，GHz范畴，“射频”一词一直沿用, 重叠于“微波”一词之上 ），是连接器的一个分支，有连接器的共性也有它的特殊性。同轴连接器有内导体和外导体, 内导体用于连接信号线而外导体不仅是信号线的地线（体现在外导体内表面），也起到屏蔽电磁场的作用(屏蔽内部电磁波对外部的干扰通过外导体内表面起作用，屏蔽外部电磁场对内部的干扰通过外导体外表面起作用),这种特点赋予同轴连接器很大的空间和结构优势.同轴连接器的内导体外表面和外导体内表面基本上是圆柱面-特殊情况往往是机械固定所需,而且有共同的轴线,故被称为同轴连接器。在传输线（Transmission lines)的几种形式中，同轴线缆由于它突出的优点（结构简单，空间利用率高, 制造较容易，传输性能优越...）被普遍采用而产生连接同轴线缆的需求,同轴连接器便应用而生。由于同轴结构的优越性，使（同轴）连接器（相对于别的连接器）特征阻抗的连续性更容易被保证，传输干扰和被干扰（EMI）很低，传输损耗少而几乎唯一地被用到射频，微波领域。而正因为几乎绝对地被用在高频上，产生一些有别于其他连接器的电性能要求.
射频同轴连接器性能指标 :
射频同轴连接器在电性能上应像射频同轴电缆的延伸，或者说同轴连接器与同轴电缆连接时应尽量降低对被传输信号的影响, 故特征阻抗和电压驻波比是射频同轴连接器的重要指标，连接器的特征阻抗决定了与它连接的电缆的阻抗类型. 电压驻波比反映了连接器的匹配水平.
A, 特征阻抗: 由传输线的电容和电感决定的传输线的一种固有特征，反映了电场和磁场在传输线的分布状况，只要传输线的介质是均匀的，特征阻抗是一个常数。在波传输过程中，E/H 是不变的。传输线本身决定了它的特性阻抗，而且特性阻抗在传输线上处处相同。在同轴线缆或同轴连接器，特征阻抗由外导体的内径，内导体的外径及内外导体间的介质的介电常数决定，存在如下的量化关系，
| 特征阻抗 | 空气，ε=1 | 发泡PE, ε=1.5 | PTFE, ε=2.05 | PE,ε=2.28 |
| 50Ω | 2.30 | 2.78 | 3.30 | 3.52 |
| 75Ω | 3.49 | 4.63 | 6.00 | 6.60 |
B, 反射系数: 反射电压与输入电压的比值，数值越小说明反射的能量越少，匹配越好，特征阻抗越接近，连续性好
C, 电压驻波比: 在失配的传输线上会有两种波在传播，一个是入射波，一个是反射波。在某些位置两种波产生叠加。叠加的波并不沿传输线传播，而是停滞的。换而言之， 在任何参照面上总是存在一个最大或最小电压。这种波称为驻波。电压驻波比便是输入电压与反射电压的和与输入电压与反射电压的差的比值，此值大于或等于1，越小越好，与反射系数有一定量化关系。
D, 插损：指当一个元器件或系统插入连接到某个电路时，使该电路产生能量损耗，所损耗的能量为该元器件或系统的插损，往往以dB为单位。插损是随着频率的增加而增加的。这是由于趋肤效应而产生的射频泄露。插损主要有以下几个影响因素：
1．由于趋肤效应和介质上的损失，部分电能会转化为热能；2．反射回来的能量在传输过程中被损耗；3．表面裸漏而造成射频泄漏。
E, 三阶互调：被动元器件（如连接器）产生的非线性的两个或多个频率的噪音。引起三阶互调的因素较复杂，需专业的设计和生产技术来降低或预防。几种影响互调的典型因素如下:
——接触表面材料氧化
由铝或其它材料的氧化性引起，可以使用银来提高性能;
——具有磁性的材料
钢，不锈钢等，引起非线性特征;
——电流饱和
电流和电压将不再是线性关系；
——高电晕
等离子效应;
——小裂纹
出现在连接表面;
——油脂
在连接元件之间，不允许直接相连。
F, 截止频率：在截止频率以内，信号都以TEM波的形式传播。传输线的机械尺寸决定了截止频率，一般来说尺寸（轴向）越小的传输线传输频率越高。在能量传输方向上场是不存在的（电场和磁场是垂直于电缆轴线方向）。当电磁波频率太高（波长太短）时，同轴线缆或同轴连接器的介质空间尺寸太大（相对于波长）以致电磁波无法再以TEM（电磁波的传播方向，电场方向，磁场方向3者相互垂直）的方式传播时的频率，当TEM波达到截止频率时会变为混合波（hybirdware）。同轴线缆或同轴连接器的外导体内径，内导体外径越小则截止频率越高。在同轴线内部，电压和电流是以不同的方式传播的，电压波在内导体表面和外导体内表面之间传播。电流沿同轴线的传输引起了围绕内导体的环形场强，越贴近表面的场强越大。电流引起了磁场，而电压引起了电场。
G, 介电常数：用于衡量绝缘体储存电能的性能,代表了电介质的极化程度，也就是对电荷的束缚能力，介电常数越大，对电荷的束缚能力越强. 介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场（真空中）与最终介质中电场比值即为介电常数(permittivity),又称诱电率或相对电容率。如果有高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。一对电容板中充入介电常数为ε的物质后电容变大ε倍。电介质有使空间比起实际尺寸变得更大或更小的属性。例如，当一个电介质材料放在两个电荷之间，它会减少作用在它们之间的力，就像它们被移远了一样.当电磁波穿过电介质，波的速度被减小，波长变短.连接器常用的绝缘材料的介电常数一般在2-5间,如特氟龙是2.1,FR4是4.6
射频同轴连接器的趋肤效应(skin effect) :
在高频应用中，射频同轴连接器也产生一些突出的现象，如趋肤效应（Skin effect)：由于电磁感应, 交变电流趋向在连接器外导体的内表面和内导体的外表面传输, 频率越高趋势越明显, 当频率很高时, 95%的电流在连接器外导体的内表面和内导体的外表面3个趋肤深度(Skin depth)范围内传输. 对于铜导体来说, 1个趋肤深度与频率的关系如下:
|
频率(Hz) |
趋肤深度(mm) |
频率(Hz) |
趋肤深度(mm) |
|
50 |
9.3 |
1G |
0.002 |
|
1M |
0.07 |
1000G |
0.00007 |
可见当射频同轴连接器应用于高频时, 电流密集在外导体的内表面和内导体的外表面, 这样对连接器外导体的内表面和内导体的外表面的质量要求很高,尤其是电镀层, 这是为什么射频同轴连接器镀银比别的连接器镀银更常见(电源连接器除外---电源连接器对导电性要求也很高)------银的导电性在所有金属中最好.
射频同轴连接器界面特点:
在同轴传输线体系里，特征阻抗的规格并不多，以50欧姆(兼顾功率传输性能和损耗传输性能)为主，CATV体系里以75欧姆(损耗小)为最常见，偶而有93和95欧姆，别的规格极少见. 常见的射频同轴连接器界面标准有MIL-STD-348,IEC61169系列,CECC22000系列.这些标准对射频同轴连接器的界面做了系统全面的定义,它们也充分体现标准的制定原则之一: 除非必要标准不应限制设计的灵活性. 为了保证界面的互配性,这些同轴连接器标准不得不详细规定界面的每个配合尺寸,如阴阳连接器间连接的配合尺寸,界面处外导体间的配合尺寸,界面处绝缘子间的配合尺寸,界面处内导体间的配合尺寸.除非必要这些标准尽量给射频同轴连接器设计者保留设计的灵活性,如内导体外径和外导体内径两者中往往只定义一个尺寸;再如只要不影响配合,一般不定义尺寸只要求电气性能, 例如不规定内导体的材质,开槽尺寸只要求电气性能;7/16的内导体和外导体可开槽也可不开槽; 标准也充分考虑产品加工的工艺性,如BNC公头的连接套,即可开长圆槽(切屑加工所需)也可开方槽.
这些标准中也有不一致的地方,如SMA母头绝缘子和内导体相对于基准的位置, MIL-STD-348和IEC61169的要求是不一样的: 348不允许绝缘子高于基准面而IEC则要求不能高于基准面0.05, 348要求内导体相对于基准的位置范围是0-0.25而IEC的要求却是0-0.4. 主流的同轴连接器系列并不是很多（相对于其他类连接器），且寿命长（如N，SMA头有好几十年历史）长盛不衰，这在消费电子类连接器极为罕见，几乎不可能.
