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射频器件连接器仿真的庐山真面目

日期:2022-01-21 01:09
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摘要: 无论是在产品中,还是在测试中,射频连接器都是应用*广一款射频器件。射频连接器的种类繁多,到底应该怎么去选择合适的连接器呢?选择了合适的连接器,我们在设计仿真时应该注意什么?连接器仿真应该注意什么?这篇文章中,我们一起来寻找答案。  图1 射频连接器 一、射频连接器的种类及其应用 正如我们上图所示,连接器种类繁多,即使同一种连接器,因为应用的场景不同,也会有多种对应的结构形式。 根据连接器内芯结构的不同,可以分为公头和母头,公头Male 的内芯是一根针,而对应的母头Female 内芯则是一个带有弹片结构...

无论是在产品中,还是在测试中,射频连接器都是应用*广一款射频器件。射频连接器的种类繁多,到底应该怎么去选择合适的连接器呢?选择了合适的连接器,我们在设计仿真时应该注意什么?连接器仿真应该注意什么?这篇文章中,我们一起来寻找答案。

图1 射频连接器
一、射频连接器的种类及其应用
正如我们上图所示,连接器种类繁多,即使同一种连接器,因为应用的场景不同,也会有多种对应的结构形式。
根据连接器内芯结构的不同,可以分为公头和母头,公头Male 的内芯是一根针,而对应的母头Female 内芯则是一个带有弹片结构的孔,这一对公头和母头共同构成连接器的适配结构。在实际应用中,注意区分连接器的适配情况。

图2 连接器的公头和母头结构
除了内芯结构的不同之外,根据连接器的结构尺寸可以分为:N type, BNC, SMA, SMB, 2.4mm, 2.92mm, 3.5mm等等,每种连接器都有各自的应用场景。图3 给出了常用连接器的工作频率范围,一般来说,连接器的同轴线直径越小,其可工作频率越高。这个在选择连接器时要特别注意,如果我们要设计一款应用在毫米波波段的射频器件,选用常规的Type N或者一般的SMA就不合适了。

图3 常见连接器的工作频率范围,来源于cdn.rohde-schwarz.com
除了图3 给出的常用连接器的工作频率范围之外,还要注意,不是所有的Type N都可以工作到11GHz,有的可能直到6GHz。所以在连接器选型之后,我们还需要查看这款连接器供应商的datasheet,确认一下这款连接器实际的工作频率范围。图4给出了一款type N型连接器的datasheet,从图中我们可以查到该连接器所应用的实际工作频率范围。

图4  Type N 连接器 datasheet
二、仿真时到底该不该包含连接器
选择好设计测试所需要的连接器之后,又面临一个新的问题?设计仿真时,连接器模型到底应不应该加进去?很多射频人员可能会选择不加。50欧姆的连接器不是直接用50欧姆波端口代替就可以了,连接器模型有影响吗?反正样品回来之后可以调试。我在设计中,也经常会自以为是的直接用波端口来代替,比如图5所示的仿真模型。我们可以快速精   确的进行仿真,得到满足要求的仿真曲线。

 

图5 Wilkinson 功分器仿真模型和曲线
但在实际测试中,经常会发现实测性能和仿真差别甚大,有的可能完全不符合。对于PCB电路,经验老道的射频工程师拿着手术刀,轻轻一划,妙手回春,就可以把性能调试的很好。但在目前精益仿真的模型下,你有没有去思考,到底是哪里出了问题?是仿真不准确?还是样品做工太差?
其实很多时候问题就出在波端口设置中。因为你认为的50欧姆,在实际中可能不是50欧姆。在微带线和连接器焊接的地方,由于物理结构的不连续,会引入阻抗的失配。而这块阻抗不连续的存在,很可能就是导致样品仿真和实测曲线偏差的主要原因。

图6 连接器仿真模型
所以,在设计仿真时,一定不要偷懒,*好能把实际样品中所用的到结构尽可能完整的仿真进去,仿真效率可能会打折扣,但是准确率却会大大提高,做到真正意义上的仿”真“,哪怕是*简单的一条微带线。

图7 连接器和微带线仿真模型
以下内容来自仿真秀ANSYS连接器电磁仿真公开课预告:HFSS和CST究竟该怎么选?连接器电磁仿真干货来了

图8 带通滤波器
三、连接器电磁仿真公开课
以下连接器公开课由仿真秀优良讲师电磁应用HFSS-张老师主讲,他毕业于西安电子科技大学计算电磁学专业,师从郭立新教授,专注电磁产品设计,包括天线、滤波器、连接器、耦合器、阻容感等微波部件。曾支持ANSYS中国电磁业务产线,提供电磁业务技术支持,任上等电磁应用技术工程师,解决大量电磁仿真及EMC设计问题

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