【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 5可ke知zhi，該gai器qi件jian在zai模mo擬ni和he測ce量liang結jie果guo之zhi間jian觀guan察cha到dao良liang好hao的de性xing能neng相xiang關guan性xing。模mo擬ni和he實shi測ce之zhi間jian的de小xiao偏pian差cha和he不bu一yi致zhi主zhu要yao是shi由you於yu背bei靠kao背bei測ce量liang和he數shu據ju後hou處chu理li造zao成cheng的de。此ci外wai
，加jia工gong公gong差cha和he製zhi造zao工gong藝yi也ye促cu成cheng了le硬ying件jian性xing能neng的de變bian化hua。從cong測ce量liang的de性xing能neng來lai看kan，這zhe些xie波bo導dao連lian接jie器qi可ke與yu對dui應ying的de 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

免責聲明：本文為轉載文章
，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

磁性元件在光伏中的功率轉換及應用（上）

簡單電路輕鬆解決帶電插拔過程的USB電流過衝問題

使用隔離式柵極驅動器的設計指南（一）

低功耗60GHz毫米波雷達傳感器如何在更多應用中實現高精度傳感

寫在新年開端——邊緣智能，賦能數字化未來