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快插自锁型N连接器分析 |
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作者： |
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在射频同轴连接器家族中，应用最广泛的中功率连接器就是 N 型。普通N 型的工作频段是DC-11GHz，而精密N 型可以工作到18GHz。传统的N 型是螺纹连接方式，使用时不够便捷并且需要专用工具，一款可以快速连接并且性能出色的快插自锁的 N 型连接器可以解决这个问题。
· 设计原则
自从 20 世纪40 年代Paul Neill 在贝尔实验室发明N 型连接器以来，历经工程师们的不断改进，N 型连接器才达到了现在出色的电气性能。基于当前N 型连接器的性能表现，我们认为QUICK LOCK-N 的设计应该遵循以下两个原则：
1) 保持N 型连接器的基本性能，如性能参数、电气性能、机械性能、防护等级等。
2) 从设备小型化、材料节省的角度出发，要求连接器的结构要更简单小巧。
· QL-N 发展沿革
有了以上的设计原则，我们来研究一下QL-N 设计历史沿革中陆续出现的三款典型设计，它们分别是QLF’S QN、SnapN 和HPQN。
我们通过这三种快插N 型与普通N 型的性能对比，从而给代替普通N 型的三种设计一个评价。
· QLF’S QN
1) 2002 版本QLF’S QN （如图1）
图 1 QLF’S QN（2002）
优点：能实现快插、自锁功能，并有一个密封圈（Seal Ring）。
存在问题：外导体接触端面有间隙（A1 处），外导体处在不稳定状态，使特性阻抗不连续。
2) 2003 版本QLF’S QN （如图2）
图 2 带波纹垫圈的QLF’S QN（2003）
优点：利用波浪垫圈 B2 的弹性来消除接触端面的间隙，外导体接触比2002 年版本有改进。
存在问题：外导体（A2 处）接触点仅为有限的几个点，特性阻抗不连续，高频性能较差。
3) 2004 版本QLF’S QN （如图3）
图 3 碟形弹簧片的QLF’S QN（2004）
进步：由波浪垫圈改为碟形弹簧片 B3，外导体接触由几个点扩展成一个圈，接触压力也有所改善。
存在问题：在接触点处 A3 的特性阻抗仍不能连续，高频特性仍较差。
最新04 版本的QN 已经在一些WIRELSS BASESTATION 应用，但通过以上分析可见其Spring Lock 设计上的致命缺陷，导致了外导体间阻抗的不连续，从而只能应用在不超过3GHz 的一些场合。
总体而言，三个版本的QN 设计实现了块插自锁，这无疑是一大进步；但由于上述两个弊病，QN 只能在某些特定的场合替代N 型，而不能实现对N 的完全替代。
· SnapN （如图4）
也许是意识到 QN 的设计缺陷会导致应用场合的局限，作为有权使用QN 设计的QLF 联盟成员之一的ROSENBERGER 并没有放弃对QUICKLOCK-N 更佳设计的追求，06 年他们在刚刚加入QLF 后就推出了更新版SnapN 设计，这个设计的特色是：
1) 这个设计巧妙地把弹簧片设置在公头外导体后部，让公母头的外导体端面之间实现刚性接触，从而达到端面零间隙，完全符合平面接头的设计原则，使接头性能得到较大提高，这与QN 把簧片设置在两外导体端面之间相比，显然是一个进步。
2) 母头保留了5/8’’外螺纹，可以跟标准N 公头相配。
图 4 SnapN
由图可见 SnapN 的公母头相配后，外导体阻抗是连续的，并且端面之间因弹簧作用而保持接触压力， 这样的设计符合 RF 接头设计的基本原则，所以较之QN，SnapN 的应用范围更广。
但跟传统的螺纹连接的N 相比，SnapN 还是有局限性。我们知道 SnapN 外导体端面之间的接触压力由其弹簧A 提供--ROSERBERGER 提供的数据是30N，根据力的相互作用原理，我们可以知道接头的结合力也是30N。在某些应用场合，由于粗重电缆的摆动，传导到接头的作用力很容易超30N，一旦超过这个临界力，外导体端面之间会发生瞬时分离，而影响信号传输。那是否能提高这个临界力呢？我们知道，弹簧A 对外导体端面提供的接触压力与接头的结合力是等量的，如果我们增加弹簧作用力---比如增加到100N，那意味着接头结合力也达到100N，显然，匹配一对接头需要用100N 的力气是让人无法接受的。
另外一点不完美的地方是 SnapN 的外导体是裸露在外部环境中的，并铣了四分槽，这会容易导致碰撞变形。从制造成本来说，SnapN跟QN 比没有优势，甚至略有超出。
可以看出，由于SnapN 保留了N 型的基本性能和参数，已经可以在大多数场合替代N 型。但上述瑕疵的存在表明，要实现对N 型的完全替代，SnapN 的设计还需要改进。
· HPQN （如图 5）
继 SnapN 之后，07 年Anoison 推出了HPQN 设计，该设计在公头内嵌入一双齿环碟形锁紧片（如图6），当公头和母头配合后, 固定在公头上的双齿环碟形锁紧片紧扣在母头斜面上，其内齿的端面对母头产生推力作用，使外导体的端面之间紧密接触，间隙为0。并且双齿环碟形锁紧片相邻的内齿长度有差异，使锁紧时内齿停留在母头斜面的不同圆周上。这种设计利用双齿环碟形锁紧片内齿的弹力和母头斜面的支撑力，巧妙地实现了公头和母头端面之间的保持力和接触压力，并能达到非常好的抗震效果。该设计的力学原理很简单，但是锁紧片与母头相对最佳位置的数据需要经历大量的试验。
我们知道，传统N 型之所以能达到DC-11GHZ，是因为其接触界面间隙为零，阻抗连续。Anoison 新设计的HPQN 遵循这一规则，实现了外导体端面的刚性接触，达到了接触端面零间隙的目的，由此保证了阻抗连续，保持了N 型的性能指标。
图 5 HPQN
图 6 双齿环碟形锁紧片
综上可见，HPQN 是继QLF’S QN, SNAPN 之后的最新一代的QL-N 设计，能在各种应用场合全面地替代传统N 接头而不牺牲任何性能。但还不能说HPQN 一定能成为N 的最终替代者。QL-CONNECTOR 市场的巨大需求，让制造商在短短的几年内就陆续推出了三款QL-N 设计，激烈的市场竞争必定促使各厂家不断加强研发力度，将来是否会有更好的设计替代HPQN，我们拭目以待。
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(1/22/2010) |
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