浅谈微波同轴接头的特性、种类及使用维护

司 毅

（中国船舶重工集团公司第七二三研究所，江苏扬州225001）

0 引言

随着现代电子测量技术的发展，微波同轴接头越来越成为微波测试中不可或缺的重要器件。在应用中它既起到机械连接作用，又要保证电磁信号和电磁能量顺利传输。作为信号传输的桥梁，微波同轴接头正广泛应用于军事、通信、航天等领域。掌握其结构特性，在不同场景中正确选择、使用同轴接头可以优化系统性能，提高测试精度。

1 同轴接头电气特性

在均匀同轴电缆中，特征阻抗在电缆整个长度方向上是一常数，与电缆相连的所有设备或无源器件都应具有与电缆相同的特性阻抗。特性阻抗不同，会出现不匹配和反射，从而导致传输失真。因此，精密同轴接头主要电气特性是接头的特性阻抗，它直接影响了传输线电压驻波比和插入损耗。此外，同轴接头还具有电磁泄漏小，电接触可靠，装配方便，重复性好等特点。

同轴接头特性阻抗ZO计算公式如下：

式中，ε为介质的介电常数；D为同轴线外导体的内径；d为同轴线内导体的外径。

同轴接头的特性阻抗由内、外导体的尺寸及介质的介电常数决定，对式（1）微分可得：

式中，ΔD为外导体内径公差；Δd为内导体外径公差；ΔZO为特性阻抗偏差。

同轴接头的尺寸决定了其特性阻抗，因此同轴线的加工精度将直接影响特性阻抗的精度。在微波测试中同轴接头引入的附加反射越小越好，特性阻抗应尽量保持标称值，所以同轴接头的加工工艺决定了其性能的优劣。

2 同轴接头结构

微波同轴接头主要配接方式为极性插入式，典型的接头结构包括中心导体（阳性或阴性中心接触件），内导体外的介电填充材料和最外面起接地、屏蔽作用的外接触件，如图1所示。

外导体的内径与中心导体的直径及绝缘层的介电常数决定了此接头的最大截止工作频率。一般来说，导体截面越大，工作频率范围就越有限。通常最高工作频率可以用120除以外导体的内径推算，如2.4 mm同轴接头其工作频率近似于120/2.4=50 GHz，许多接头的名字也是从外导体内径的这个指标得来的。

图1 同轴接头结构

3 同轴接头种类

在高频尤其是微波测量时，往往需要各种不同类型的同轴接头进行连接或转换，每种连接器的设计都有着特殊的目的和应用。在射频和微波应用中，能否正确地选择连接器将直接影响测试效果。同轴接头根据外导体内径可分为1.0 mm接头、1.85 mm接头、2.4 mm接头、2.92 mm接头和3.5 mm接头等；根据接头极性有无极性接头和极性接头；根据介质类型有空气介质接头和塑料介质接头等。

3.1 APC-7（7 mm）型连接头

APC-7是由HP和Amphenol公司于1960年共同研制而成的，最高工作频率18 GHz，拥有极佳的驻波及重复性。这种接头没有阴性、阳性之分，其中心导体上有一个弹簧套头稍凸前于外导体的配合面，连接时弹簧套筒被压倒，与外导体相同平面。在实际应用中是最好用的一种接头，但由于其制作成本偏高，主要用于高端精密测量领域，特别适合在计量和校准中使用。

3.2 N型连接头

N型连接头起源于20世纪40年代，起初的工作频率为4 GHz，后经不断改良，目前精密型可工作于18 GHz。N型连接头具有极性，分为阳性接头和阴性接头，当接头互相连接后，阳极触针插入阴极触针。这种接头具有可靠性高、抗震性好、机械和电气性能优良等特点，目前是应用最为广泛的连接器之一。

3.3 SMA型连接头

SMA是最常用的微波接头之一，其中心导体与外导体间使用聚四氟乙烯介质，是有极性接头。精密型SMA接头最高工作频率可达26.5 GHz，由于SMA的介质支撑固定起来比较困难，大多数SMA连接头的反射系数比其他同频段连接头要大。这种接头造价低廉，但受限于其结构设计，使用寿命仅有几百次，适用于半钢电缆和固定连接的部件中。

3.4 3.5 mm连接头

3.5 mm连接头尺寸与SMA型连接头相同，但3.5 mm连接头中心导体与外导体之间是空气介质，因此它的工作频段更高，最高可达34 GHz，重复性很好，多用于测试端连接。3.5 mm连接头与SMA接头连接方式同N型接头一样，均为阳性触针插入阴性触针内，且由于两者尺寸相同，因此可以相互配接。值得注意的是，SMA为低价非精密器件，易有毛刺形变，两者配接时需注意防止SMA阳头损坏3.5 mm阴头。

3.5 2.92 mm连接头

2.92 mm连接头因其外导体内径为2.92 mm，被称为2.92 mm连接器；最高工作频率可达40 GHz，覆盖微波波段的K波段，又被称为K连接器。2.92 mm连接器中心导体的尺寸和SMA、3.5 mm相同，可以相互配接。

3.6 2.4 mm连接头

2.4 mm连接器由于其外导体内径为2.4 mm，被称为2.4 mm连接器；工作频率达50 GHz，因其工作波段覆盖微波的Q波段，也被称为Q连接器。2.4 mm连接器设计上通过增加外壁厚度、增强阴性销钉，解决了2.92 mm和SMA连接头脆弱问题。基于不同的应用场景，2.4 mm连接器又分为三种质量等级：生产级、仪器级和计量级。生产级成本低、寿命短，适合在连接频率低、重复性要求不高的部件中使用；仪器级能提供比较好的测试性能和较小的公差，适合在测量中使用；计量级的连接器尺寸最精确、性能最好、重复性最高，同时成本也是最高的，一般用在需要精密连接的应用场合。

3.7 1.85 mm连接头

1.85 mm的连接是由Agilent公司开发的产品，目前其最高工作频率高达70 GHz。此连接器外导体内径为1.85 mm，中心导体与2.4 mm连接器相同，可直接互相配接。

3.8 1.0 mm连接头

现代毫米波行业的快速发展已经将测试带宽推动至W波段（70～110 GHz），传统测试中往往需要切换到波导。1.0 mm连接器最高支持达110 GHz的带宽，它的出现极大地简化了测试步骤。

此外，还有BNC、TNC、SMB、SMC、OSP等等各类连接器广泛用于军事和通信领域，这里不再赘述。表1展示了几类常用同轴接头的参数及互通性对比。

表1 几类常用同轴接头的参数及互通性

4 使用维护

在微波测量中，频繁地连接或断开会影响同轴接头的使用寿命，而毫米波频率范围内的连接器是非常昂贵的。因而需要正确使用和维护同轴接头以最大化同轴连接器的使用寿命，提高测试精度。

（1）在每次连接之前应仔细检查接头中心导体是否变形或折断，配合面有无金属或金属屑附着。配合面上的污垢或金属微屑可能会造成接头受损，降低测量精度。此时可选择压缩空气或棉擦对接头表面进行清洁，当必须使用溶剂清洁时应避免使用酒精、甲醇等对微波接头塑料介质有害的液体。

（2）在检查、清洁、使用任何微波部件、整机上的接头时必须做好防静电措施。人体的静电电压可能高达上万伏，如果接触到接头中心导体时放电可能会直接损坏内部电路器件。工作中需要使用的器件应置于防静电垫上并良好接地，作业前操作人员应佩戴接地手腕并接地放电后方可操作。

（3）由于SMA连接器的精密度相对较差，在使用SMA半刚性阳头线缆时，如果在靠近接头的地方弯曲，可能会改变SMA阳头内针的长度，从而造成与这根线缆连接器互连的3.5 mm或2.92 mm阴连接器损坏。

（4）在使用同轴接头时，要在同轴方向对准后将接头平缓推入并转动接头螺母。拧紧时加到螺母上的力要适当，用力过小会导致连接处的接点间隔过大，增加接口处的反射系数，降低信号传输效率；用力过大，又会影响接头的寿命。理想的方式是根据同轴接头的类型选用合适的力矩扳手做最后连接，如表2所示。

表2 扭力扳手

（5）微波同轴接头使用后应在结合面盖上塑料罩，尽量不要在接触端暴露情况下存放，更不能置于易发生碰撞的位置，否则可能导致接头永久性机械损伤。存放电缆时应将接头盖上塑料护罩并保持其自然形状，不应拉直或小角度弯曲。

5 结语

本文通过介绍常用转接头的结构特性、技术特点及使用要求，为正确选择、使用和维护微波同轴接头提供了参考和借鉴，以便在测试中获得更高的测量精度和使用寿命，优化测量系统性能。