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快插自鎖型N連接器設計分析

發(fā)布時間:2011-02-28 來源:安諾生

N連接器的中心議題:
  • 快插自鎖 N 型連接器的設計
N連接器的解決方案:
  • QLF’S QN設計
  • SnapN設計
  • HPQN設計

在射頻同軸連接器家族中,應用最廣泛的中功率連接器就是 N 型。普通N 型的工作頻段是DC-11GHz,而精密N 型可以工作到18GHz。傳統(tǒng)的N 型是螺紋連接方式,使用時不夠便捷并且需要專用工具,一款可以快速連接并且性能出色的快插自鎖的 N 型連接器可以解決這個問題。

1. 設計原則

自從 20 世紀40 年代Paul Neill 在貝爾實驗室發(fā)明N 型連接器以來,歷經(jīng)工程師們的不斷改進,N 型連接器才達到了現(xiàn)在出色的電氣性能。基于當前N 型連接器的性能表現(xiàn),我們認為QUICK LOCK-N 的設計應該遵循以下兩個原則:

1) 保持N 型連接器的基本性能,如性能參數(shù)、電氣性能、機械性能、防護等級等。
2) 從設備小型化、材料節(jié)省的角度出發(fā),要求連接器的結(jié)構(gòu)要更簡單小巧。

2. QL-N 發(fā)展沿革

有了以上的設計原則,我們來研究一下QL-N 設計歷史沿革中陸續(xù)出現(xiàn)的三款典型設計,它們分別是QLF’S QN、SnapN 和HPQN。

我們通過這三種快插N 型與普通N 型的性能對比,從而給代替普通N 型的三種設計一個評價。

a) QLF’S QN

1) 2002 版本QLF’S QN (如圖1)


優(yōu)點:能實現(xiàn)快插、自鎖功能,并有一個密封圈(Seal Ring)。
存在問題:外導體接觸端面有間隙(A1 處),外導體處在不穩(wěn)定狀態(tài),使特性阻抗不連續(xù)。[page]

2) 2003 版本QLF’S QN (如圖2)

優(yōu)點:利用波浪墊圈 B2 的彈性來消除接觸端面的間隙,外導體接觸比2002 年版本有改進。
存在問題:外導體(A2 處)接觸點僅為有限的幾個點,特性阻抗不連續(xù),高頻性能較差。

3) 2004 版本QLF’S QN (如圖3)

進步:由波浪墊圈改為碟形彈簧片 B3,外導體接觸由幾個點擴展成一個圈,接觸壓力也有所改善。
存在問題:在接觸點處 A3 的特性阻抗仍不能連續(xù),高頻特性仍較差。

最新04 版本的QN 已經(jīng)在一些WIRELSS BASESTATION 應用,但通過以上分析可見其Spring Lock 設計上的致命缺陷,導致了外導體間阻抗的不連續(xù),從而只能應用在不超過3GHz 的一些場合。

總體而言,三個版本的QN 設計實現(xiàn)了塊插自鎖,這無疑是一大進步;但由于上述兩個弊病,QN 只能在某些特定的場合替代N 型,而不能實現(xiàn)對N 的完全替代。[page]

b) SnapN (如圖4)


也許是意識到 QN 的設計缺陷會導致應用場合的局限,作為有權(quán)使用QN 設計的QLF 聯(lián)盟成員之一的ROSENBERGER 并沒有放棄對QUICKLOCK-N 更佳設計的追求,06 年他們在剛剛加入QLF 后就推出了更新版SnapN 設計,這個設計的特色是:

1) 這個設計巧妙地把彈簧片設置在公頭外導體后部,讓公母頭的外導體端面之間實現(xiàn)剛性接觸,從而達到端面零間隙,完全符合平面接頭的設計原則,使接頭性能得到較大提高,這與QN 把簧片設置在兩外導體端面之間相比,顯然是一個進步。
2) 母頭保留了5/8’’外螺紋,可以跟標準N 公頭相配。

由圖可見 SnapN 的公母頭相配后,外導體阻抗是連續(xù)的,并且端面之間因彈簧作用而保持接觸壓力, 這樣的設計符合 RF 接頭設計的基本原則,所以較之QN,SnapN 的應用范圍更廣。

但跟傳統(tǒng)的螺紋連接的N 相比,SnapN 還是有局限性。我們知道 SnapN 外導體端面之間的接觸壓力由其彈簧A 提供--ROSERBERGER 提供的數(shù)據(jù)是30N,根據(jù)力的相互作用原理,我們可以知道接頭的結(jié)合力也是30N。在某些應用場合,由于粗重電纜的擺動,傳導到接頭的作用力很容易超30N,一旦超過這個臨界力,外導體端面之間會發(fā)生瞬時分離,而影響信號傳輸。那是否能提高這個臨界力呢?我們知道,彈簧A 對外導體端面提供的接觸壓力與接頭的結(jié)合力是等量的,如果我們增加彈簧作用力---比如增加到100N,那意味著接頭結(jié)合力也達到100N,顯然,匹配一對接頭需要用100N 的力氣是讓人無法接受的。

另外一點不完美的地方是 SnapN 的外導體是裸露在外部環(huán)境中的,并銑了四分槽,這會容易導致碰撞變形。從制造成本來說,SnapN跟QN 比沒有優(yōu)勢,甚至略有超出。

可以看出,由于SnapN 保留了N 型的基本性能和參數(shù),已經(jīng)可以在大多數(shù)場合替代N 型。但上述瑕疵的存在表明,要實現(xiàn)對N 型的完全替代,SnapN 的設計還需要改進。

c)  HPQN (如圖 5)

繼 SnapN 之后,07 年Anoison 推出了HPQN 設計,該設計在公頭內(nèi)嵌入一雙齒環(huán)碟形鎖緊片(如圖6),當公頭和母頭配合后, 固定在公頭上的雙齒環(huán)碟形鎖緊片緊扣在母頭斜面上,其內(nèi)齒的端面對母頭產(chǎn)生推力作用,使外導體的端面之間緊密接觸,間隙為0。并且雙齒環(huán)碟形鎖緊片相鄰的內(nèi)齒長度有差異,使鎖緊時內(nèi)齒停留在母頭斜面的不同圓周上。這種設計利用雙齒環(huán)碟形鎖緊片內(nèi)齒的彈力和母頭斜面的支撐力,巧妙地實現(xiàn)了公頭和母頭端面之間的保持力和接觸壓力,并能達到非常好的抗震效果。該設計的力學原理很簡單,但是鎖緊片與母頭相對最佳位置的數(shù)據(jù)需要經(jīng)歷大量的試驗。

我們知道,傳統(tǒng)N 型之所以能達到DC-11GHZ,是因為其接觸界面間隙為零,阻抗連續(xù)。Anoison 新設計的HPQN 遵循這一規(guī)則,實現(xiàn)了外導體端面的剛性接觸,達到了接觸端面零間隙的目的,由此保證了阻抗連續(xù),保持了N 型的性能指標。

綜上可見,HPQN 是繼QLF’S QN, SNAPN 之后的最新一代的QL-N 設計,能在各種應用場合全面地替代傳統(tǒng)N 接頭而不犧牲任何性能。但還不能說HPQN 一定能成為N 的最終替代者。QL-CONNECTOR 市場的巨大需求,讓制造商在短短的幾年內(nèi)就陸續(xù)推出了三款QL-N 設計,激烈的市場競爭必定促使各廠家不斷加強研發(fā)力度,將來是否會有更好的設計替代HPQN,我們拭目以待。
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