張宿

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十研究所，安徽　蚌埠　233000）

0 引言

連接器是系統(tǒng)工程重要的配套元件，從系統(tǒng)、分系統(tǒng)、機(jī)柜、組合、印制板到每個(gè)可更換的獨(dú)立單元，成千上萬(wàn)的連接器如同人的神經(jīng)系統(tǒng)分布于各系統(tǒng)和部位，擔(dān)負(fù)著控制系統(tǒng)的電能傳輸和信號(hào)控制與傳遞[1]。因法蘭盤(pán)的連接機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、連接方便、連接可靠，法蘭連接器是使用最為廣泛的一種射頻連接器。如何降低法蘭連接器連接機(jī)構(gòu)制作成本、提高連接機(jī)構(gòu)的一致性及可靠性，是我們值得思考的問(wèn)題。

1 設(shè)計(jì)背景

目前國(guó)內(nèi)外使用的射頻同軸連接器，通過(guò)安裝方式來(lái)分主要有以下三種：（1）法蘭安裝；（2）焊接安裝；（3）螺紋安裝。因焊接安裝方式，對(duì)連接器外殼及安裝位置的材料及表面鍍涂要求較高，要求連接器外殼及安裝位置必須具有較高的可焊性、耐焊性，一般焊接安裝方式僅適用于印制板的表面貼裝及體積較小的連接器；因螺紋安裝方式，包括連接器外殼直接與安裝位置通過(guò)螺紋鎖緊，和連接器外殼穿板后通過(guò)螺母鎖緊兩種方式[2]，但都具有較大的局限性，兩種方式都要求連接器外殼上有外螺紋結(jié)構(gòu)，且應(yīng)有緊固螺紋所用的起子或扳手所需的結(jié)構(gòu)，一般連接器外殼直接與安裝位置通過(guò)螺紋鎖緊的安裝方式僅適用于安裝于印制板上的體積較小的連接器，連接器外殼穿板后通過(guò)螺母鎖緊的安裝方式所需的空間較大，僅適用于過(guò)艙安裝。而法蘭安裝方式，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、連接可靠，對(duì)安裝使用環(huán)境要求較低，所以是目前最常見(jiàn)的安裝方式。法蘭連接器在國(guó)內(nèi)外使用最為廣泛，它有最多的規(guī)格種類(lèi)及最多的數(shù)量，如陜西華達(dá)科技有限公司（853廠）在產(chǎn)本樣冊(cè)中公布出的SMA接口的法蘭連接器多達(dá)300多種，而焊接安裝及螺紋安裝方式的連接器僅有不到20種。

目前，國(guó)內(nèi)外法蘭連接器的法蘭盤(pán)連接機(jī)構(gòu)與連接器外殼為一體式結(jié)構(gòu)，為整體零件，要求在同一材料上進(jìn)行加工和鍍涂。由于法蘭盤(pán)需連接在外殼外部，且需必要的螺釘安裝位置，所以法蘭盤(pán)尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于連接器外殼尺寸，一般法蘭盤(pán)的徑向包絡(luò)圓尺寸為外殼外圓直徑尺寸的2倍以上。

法蘭盤(pán)與外殼的一體式結(jié)構(gòu)存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：

1.1 材料成本較高

完成一件外殼與法蘭盤(pán)一體式結(jié)構(gòu)零件的制作，需要超過(guò)法蘭盤(pán)的徑向包絡(luò)圓尺寸的線徑材料，所以所需材料規(guī)格尺寸較大。由于法蘭盤(pán)僅起安裝固定的作用，有足夠強(qiáng)度，可耐環(huán)境即可；而連接器外殼除應(yīng)具備強(qiáng)度、耐環(huán)境的指標(biāo)外，還作為射頻通道外接觸件的導(dǎo)體材料，應(yīng)具備導(dǎo)電性甚至彈性的要求[3]。而彈性材料的成本一般為非彈性材料的4倍以上，所以所需的材料等級(jí)較高。

1.2 加工成本較高

由于連接器法蘭盤(pán)的厚度僅為2 mm左右，而連接器外殼部分的長(zhǎng)度至少為10 mm以上甚至達(dá)30 mm。由于材料規(guī)格尺寸較大，致使連接器外殼部分需要進(jìn)行大量切削加工，將遠(yuǎn)超外殼外圓直徑的材料加工至外圓直徑尺寸，無(wú)疑這需要較大的切削工作。

1.3 一致性較差

不同接口連接器的法蘭盤(pán)尺寸不同，但都有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或有推薦尺寸，但由于法蘭盤(pán)與外殼作為一體化制作時(shí)，連接器的種類(lèi)、外殼尺寸等各不相同，造成法蘭盤(pán)隨外殼進(jìn)行多批次加工時(shí)，批次間的法蘭盤(pán)外觀質(zhì)量、尺寸等都存在一致性較差的問(wèn)題，且很難統(tǒng)一和保障。

2 可分離式法蘭盤(pán)結(jié)構(gòu)

本文介紹的射頻同軸連接器可分離式法蘭盤(pán)，為獨(dú)立零件，可套裝在連接器外殼外部。法蘭盤(pán)上有一臺(tái)階孔，連接器外殼上有一突出臺(tái)階[4]。連接器安裝時(shí)，通過(guò)法蘭盤(pán)上的緊固螺釘所產(chǎn)生的軸向壓力，使法蘭盤(pán)與外殼的臺(tái)階部位有效結(jié)合；連接器拆卸時(shí)，法蘭盤(pán)與外殼可有效分離。射頻同軸連接器可分離式法蘭盤(pán)，可套裝在一個(gè)連接器外殼外部，也可套裝在多個(gè)連接器外殼外部。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 替代常規(guī)產(chǎn)品

分離式法蘭盤(pán)結(jié)構(gòu)可適用于SMA、TNC、N、BMA、2.92、BNC、L29等任何接口的具有法蘭盤(pán)連接機(jī)構(gòu)的射頻同軸連接器。

SMA型射頻同軸連接器具有體積小、頻帶寬、機(jī)械電氣性能優(yōu)越、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用最廣泛的射頻同軸連接器。下面以SMA型法蘭連接器為例，進(jìn)行法蘭盤(pán)外殼一體式和法蘭盤(pán)可分離式的結(jié)構(gòu)對(duì)比[5-6]。最常見(jiàn)的SMA型法蘭連接器外形尺寸見(jiàn)圖1，目前國(guó)內(nèi)外采用的法蘭盤(pán)外殼一體式結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2，本文介紹的法蘭盤(pán)可分離式法蘭盤(pán)結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖3。

圖1 SMA型法蘭連接器外形尺寸圖

圖2 法蘭盤(pán)外殼一體式結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 法蘭盤(pán)可分離式結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 法蘭盤(pán)、外殼拆分后結(jié)構(gòu)示意圖

如圖所示，完成一件法蘭盤(pán)外殼一體式結(jié)構(gòu)的零件制作，需選用直徑至少16.5 mm、長(zhǎng)度至少12 mm的棒狀材料，體積共計(jì)約2.6 cm3；而完成一件法蘭盤(pán)可分離式結(jié)構(gòu)的零件制作，需選用直徑為16.5 mm、長(zhǎng)度為2 mm的棒狀材料和直徑為7 mm、長(zhǎng)度為12 mm的棒狀材料，體積共計(jì)約0.8 cm3。如上所述，法蘭盤(pán)可分離式結(jié)構(gòu)相比法蘭盤(pán)外殼一體式結(jié)構(gòu)，材料成本降低70%。

如圖所示，不計(jì)外殼腔體內(nèi)部的切削加工量，完成一件法蘭盤(pán)外殼一體式結(jié)構(gòu)的零件制作，需切削加工掉約1.9 cm3的材料；而完成一件法蘭盤(pán)可分離式結(jié)構(gòu)的零件制作，僅需切削加工掉約0.19 cm3的材料。如上所述，法蘭盤(pán)可分離式結(jié)構(gòu)相比法蘭盤(pán)外殼一體式結(jié)構(gòu)，切削加工量降低90%。如圖所示，因連接器的法蘭盤(pán)尺寸有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或有推薦尺寸，尺寸的一致性較高，法蘭盤(pán)可分離式結(jié)構(gòu)的法蘭盤(pán)零件可形成標(biāo)準(zhǔn)件，可適用于所有SMA型法蘭連接器及所有2.92、3.5、BMA等接口類(lèi)型的法蘭連接器。法蘭盤(pán)零件可一批次大量制作，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了連接器安裝機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化程度，提高了連接器的一致性及可靠性[7]。另外，在用戶(hù)單位的安裝現(xiàn)場(chǎng)，如某一尺寸的法蘭盤(pán)不適用于用戶(hù)的安裝孔位要求，可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)更換法蘭盤(pán)零件，達(dá)到快速、有效的目的。

3.2 解決高集成度難題[8]

隨著科技的發(fā)展，為適應(yīng)高集成度天線陣面技術(shù)的發(fā)展，射頻同軸連接的設(shè)計(jì)與整機(jī)系統(tǒng)的集成度、效率及可靠性直接相關(guān)。在整機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸緊湊的條件下，常規(guī)法蘭連接器無(wú)法適用于高密度的安裝要求。如圖1所示，兩只SMA型法蘭連接器并排安裝在整機(jī)系統(tǒng)中，兩只連接器的中心間距至少應(yīng)為12.7 mm，如果整機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸要求連接器的中心間距應(yīng)縮小至10 mm以下，則該類(lèi)型連接器無(wú)法滿足安裝要求。本文介紹的射頻同軸連接器可分離式法蘭盤(pán)解決了這項(xiàng)難題。雙聯(lián)SMA型法蘭連接器結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖5。

圖5 雙聯(lián)SMA型法蘭連接器結(jié)構(gòu)示意圖

如圖所示，雙聯(lián)SMA型法蘭連接器共用同一法蘭盤(pán)，共同了兩只連接器之間螺釘孔，減少了一個(gè)螺釘孔位尺寸，連接器中心間距可縮小至9.5 mm。這種安裝方式仍保證了一只連接器4只螺釘共同緊固的效果，并不降低安裝可靠性。根據(jù)射頻同軸連接器可分離式法蘭盤(pán)可套裝在多個(gè)連接器外殼外部的設(shè)計(jì)思路，大大縮小了連接器的中心間距，提高了連接器的安裝密度，它對(duì)于提高整機(jī)系統(tǒng)的集成度，大幅減輕重量、提高技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)起著十分重要的作用[9]。

4 結(jié)論

本文介紹的射頻同軸連接器可分離式法蘭盤(pán)，與常規(guī)法蘭連接器的法蘭盤(pán)外殼一體式結(jié)構(gòu)相比：（1）將連接器外殼及法蘭盤(pán)的材料成本降低至1/3左右，將連接器外殼及法蘭盤(pán)的切削加工量降低至1/10，大大減少了連接器的制作成本。（2）可分離式法蘭盤(pán)的獨(dú)立性、標(biāo)準(zhǔn)化及較廣的適用范圍，保障了連接器法蘭盤(pán)的一致性，提高了連接器的可靠性。（3）可分離式法蘭盤(pán)具備安裝現(xiàn)場(chǎng)可更換的功能，達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)法蘭盤(pán)如不適用即可快速、有效更換的作用。（4）可分離式法蘭盤(pán)，可套裝在一個(gè)連接器外殼外部，也可套裝在多個(gè)連接器外殼外部[10]，大大縮小雙聯(lián)或多聯(lián)連接器的中心間距，提高了連接器的安裝密度，它對(duì)于提高整機(jī)系統(tǒng)的集成度，大幅減輕重量起著十分重要的作用，為國(guó)家新型設(shè)備實(shí)現(xiàn)中小型平臺(tái)搭載提供了有力的支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]MIL-A-55339/28A 28Fe bruary 1979 adapter、conneator、coaxial、Radio、frequency、in-line、jammut mounted、(within series SMA plug to series SMA plug Hermetic)、class 2.

[2]MIL-STD-348A 20April 1988 DEPARTMENT OF DEFENSE INTERFACE STANDANDARD.

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[5]IEC60169-17:1980 射頻連接器第17部分:外導(dǎo)體內(nèi)徑為6.5mm(0.265in)特性阻抗為50Ω、螺紋連接器的射頻同軸連接器(TNC型).

[6]GJB5246-2004 射頻連接器界面.

[7]翟應(yīng)斌,王箏. 電信重組后射頻同軸連接器及電纜組件的市場(chǎng)前景分析[J]. 中國(guó)新通信,2010,12(07):87-90.

[8]李明德.回顧SMA發(fā)展歷程，探討射頻連接器的設(shè)計(jì)理念[M].連接器與開(kāi)關(guān)第十一界學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.2010.

[9]柏雪崧，李明德.MIL和IEC標(biāo)準(zhǔn)對(duì)同型號(hào)射頻連接器界面結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)注差異分析[J].機(jī)電元件.2016.

[10]陜西華達(dá)科技股份有限公司（國(guó)營(yíng)第八五三廠） 產(chǎn)品樣本.2013.