连接器是射频(RF)系统中必不可少的组件，特别是在吉赫兹(GHz) 5G设备等高频应用中。设计人员有广泛的连接器可供选择，但在缩小选择范围时，有几个关键参数需要考虑。选择和集成GHz连接器的六个关键包括物理尺寸、频率范围能力、功率处理、电压驻波比(VSWR)和回波损耗、无源互调失真(PIM)和控制不必要的电磁干扰(EMI)。连接器的物理尺寸、频率范围和功率处理能力是相互关联的(图1)．
射频应用中使用的一些常见连接器类型包括:
BNC连接器价格便宜，包括一个锁定机制，以防止意外断开，并具有50或75的特征阻抗Ω。BNC连接器通常额定电压为500V，平均功率约100W，最高可达约1 GHz;然而，它们最常用的频率是500兆赫及以下。
过渡委员会连接器是BNC连接器的螺纹版本。与bnc相比，螺纹提供了更坚固的连接，可以承受振动并处理更高的频率和功率水平。
N连接器坚固耐用，价格便宜。标准版本的额定频率为11 GHz，精度设计能够工作到18 GHz。与BNC连接器一样，N连接器具有50或75的特征阻抗Ω。
SMA，超小型A型，连接器的额定频率可达18 GHz，精度设计可达26.5 GHz。它们可以处理BNC和TNC连接器之间的功率水平。
3.5毫米的连接器是类似于SMA连接器的精密设计，但具有支持频率高达34 GHz的空气介质。与SMA连接器相比，3.5mm连接器往往具有较低的额定功率。
2.4毫米的连接器额定频率为50 GHz，有三个等级可供选择;通用、仪器仪表和计量。它们的电力处理能力有限。
2.92mm / K型连接器具有与2.4mm设计相似的性能，但限制在40 GHz。它们可以在所有k波段频率下使用。
这种连接器使用类似于bnc的卡口保留领，但设计用于处理更高的功率水平。标准c型连接器额定为50 Ω，但也有75 Ω的设计可供选择。有一些带有螺纹项圈的版本可以实现更安全的连接，比如TNC连接器。
7 - 16喧嚣连接器已经在很大程度上取代了c型连接器，并且可以处理更高的功率水平。这些连接器有一个直径为7mm的内导体和一个直径为16mm的外导体。它们使用M29 x 1.5螺纹连接螺母。
EIA系列同轴连接器有多种尺寸，包括EIA 7/8 "， EIA 1 5/8 "， EIA 3 1/8 "， EIA 4 1/2 "和EIA 6 1/8 "。这些大功率连接器可与泡沫或空气介质电缆一起使用。
回波损耗和驻波比
回波损耗和驻波比是射频互连系统性能的重要指标。回波损耗和驻波比的主要区别在于回波损耗是对数测量，在测量非常小的反射时非常有用。相比之下，VSWR是线性测量，有助于测量更大的反射。
一般来说，15 dB或更好的回波损耗被认为是电缆和天线系统可接受的总体回波损耗。收益损失较高者优先。一个20 dB的系统回波损耗是非常高效的，因为只有1%的功率被返回，99%被传输，而当回波损耗为10 dB时，10%的功率被返回，只有90%被传输。
驻波比测量的是连接器反射的信号量;它是施加电压与反射电压的比值，是连接器信号效率的主要因素。VSWR线性显示系统的匹配情况。VSWR方面的完美或理想匹配应该是1:1。射频连接器的普通驻波比约为1.43 (15 dB)，但范围可高达2.0。VSWR与频率有关，对于给定的连接器，它通常在较高的频率上更高。
连接器的几何形状和材料在决定VSWR方面起着主要作用。与直角连接器相比，内联连接器通常具有更好的驻波比，特别是在接近连接器极限的频率时。这是由于两部分内部直触点配置，便于组装和低成本的内部阻抗控制。最近发布的高频直角SMA适配器用两件式概念的内掠直角配置取代了直接触配置。它融合了标准直角连接器的所有低外形、紧凑尺寸和其他物理优势，同时保持与传统直连接器相当的电气性能。除了改进的内部几何结构外，高性能直角SMA适配器还具有镀金黄铜机身和镀金铍铜触点。
连接器集成注意事项
通孔连接器表现出一些插入损失，因为引脚就像电感/电容阻抗不连续。由连接器表面安装垫引起的阻抗不匹配是返回损耗的主要来源。一旦信号到达具有较宽铜的表面贴装连接器垫，每段迹线的电容就会变大，从而降低迹线在连接器垫处的特性阻抗。这种电容阻抗不连续导致信号反射，导致连接器的返回损耗。
在连接器下面添加第二个小接地层可以帮助消除电容阻抗不连续的问题。(图2)。与连接器衬垫相同大小且位于信号层以下的接地面上的切口迫使迹线参考第三层的接地面。这导致更高的电容，并有助于减少电容阻抗不连续，从而减少连接器的返回损失。
无源互调
当传输线上的两个信号以非线性方式混合时，就会发生无源互调(PIM)。这种混合产生额外的频率成分，可能落在上行波段内，造成干扰。PIM有三种常见的来源:
设计PIM可能由连接器等被动组件引起。在指定连接器时，通常需要在更低的成本、更小的尺寸或更低的系统性能和更高的PIM级别之间进行权衡。
组装/老化PIM是由于连接器和其他无源组件的安装不当或长期风化造成的。更高质量和更昂贵的连接器可以帮助解决这个PIM源。
环保型PIM又称“生锈的螺栓”型PIM，是外部环境因素的结果。天线或结构元件的腐蚀是环境PIM的常见来源。连接器很少造成这种互调干扰的来源。
管理5G终端设备中的EMI
像手机这样的5G用户设备(UE)正在挑战具有多个射频子系统的EMI源，包括GPS、Wi-Fi、蓝牙和各种蜂窝连接，包括毫米波5G。例如，手机中的5G毫米波子系统位于CPU核心和其他引起电磁兼容性(EMC)问题的敏感设备附近。一种潜在的解决方案是使用微带和带线微型同轴连接器结合电缆接地和布线管理，提供一系列更有效的EMI/EMC解决方案。
一种简单、低成本的方法是使用微带互连实现电路板到电缆的解决方案(图3)。这种方法提供了与电路板上微带结构的微同轴连接。它只在PCB上使用了两层金属层，节省了成本，但它可能无法在较高频率下充分抑制辐射EMI，以符合EMI/EMC法规。
当到微带的基本微同轴连接不能满足所需的性能水平时，添加SMT接地夹可以通过抑制电缆屏蔽上的EMI诱导电流来帮助进一步降低EMI。它还可以帮助改进PCB上的电缆路由管理。地夹将EMI辐射定位到连接点周围的区域，沿微带线的长度减小它。
对于要求更高性能的应用，可以使用3层带状传输线结构(图4)。使用定制冲压连接器可以进一步提高性能。地面层完全包含信号导体，提供高水平的屏蔽。
对于需要最高EMI屏蔽抑制的高敏感应用，增加SMT接地夹将提高rf屏蔽带状线至微同轴连接器结构的性能。
如上所述，5G UE设备的EMI屏蔽效果可以通过以下方法连续四次提高:
- 微带射频同轴连接器
- 微带射频同轴连接器与SMT电缆接地夹
- 带线射频同轴连接器
- 带带射频同轴连接器与SMT电缆接地夹
总结
射频连接器是满足从基站到终端设备的各种5G系统的链路预算和整体性能需求的关键组件。设计人员有各种各样的RF连接器选项，在物理尺寸、频率范围功能、功率处理、电压驻波比(VSWR)和回波损耗以及成本方面提供权衡。此外，RF连接器的成功集成需要考虑到PIM和控制不必要的EMI。
参考文献
5G连接器解决方案的设计考虑、技巧和技术, i-PEX
射频同轴连接器和电缆指南AR射频/微波仪器
高性能SMA适配器提高驻波比性能，安酚RF
5G射频连接器, Pasternack
是什么决定连接器的返回损耗和插入损耗?Cadence设计系统公司
回波损失和驻波比有什么区别?，安酚RF
了下:连接器技巧
