射頻器件連接器仿真的廬山真面目

無(wú)論是在產(chǎn)品中，還是在測試中，射頻連接器都是應用*廣一款射頻器件。射頻連接器的種類(lèi)繁多，到底應該怎么去選擇合適的連接器呢？選擇了合適的連接器，我們在設計仿真時(shí)應該注意什么？連接器仿真應該注意什么？這篇文章中，我們一起來(lái)尋找答案。
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圖1 射頻連接器
一、射頻連接器的種類(lèi)及其應用
正如我們上圖所示，連接器種類(lèi)繁多，即使同一種連接器，因為應用的場(chǎng)景不同，也會(huì )有多種對應的結構形式。
根據連接器內芯結構的不同，可以分為公頭和母頭，公頭Male 的內芯是一根針，而對應的母頭Female 內芯則是一個(gè)帶有彈片結構的孔，這一對公頭和母頭共同構成連接器的適配結構。在實(shí)際應用中，注意區分連接器的適配情況。
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圖2 連接器的公頭和母頭結構
除了內芯結構的不同之外，根據連接器的結構尺寸可以分為：N type, BNC, SMA, SMB, 2.4mm, 2.92mm, 3.5mm等等，每種連接器都有各自的應用場(chǎng)景。圖3 給出了常用連接器的工作頻率范圍，一般來(lái)說(shuō)，連接器的同軸線(xiàn)直徑越小，其可工作頻率越高。這個(gè)在選擇連接器時(shí)要特別注意，如果我們要設計一款應用在毫米波波段的射頻器件，選用常規的Type N或者一般的SMA就不合適了。
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圖3 常見(jiàn)連接器的工作頻率范圍，來(lái)源于cdn.rohde-schwarz.com
除了圖3 給出的常用連接器的工作頻率范圍之外，還要注意，不是所有的Type N都可以工作到11GHz，有的可能直到6GHz。所以在連接器選型之后，我們還需要查看這款連接器供應商的datasheet，確認一下這款連接器實(shí)際的工作頻率范圍。圖4給出了一款type N型連接器的datasheet，從圖中我們可以查到該連接器所應用的實(shí)際工作頻率范圍。
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圖4  Type N 連接器 datasheet
二、仿真時(shí)到底該不該包含連接器
選擇好設計測試所需要的連接器之后，又面臨一個(gè)新的問(wèn)題？設計仿真時(shí)，連接器模型到底應不應該加進(jìn)去？很多射頻人員可能會(huì )選擇不加。50歐姆的連接器不是直接用50歐姆波端口代替就可以了，連接器模型有影響嗎？反正樣品回來(lái)之后可以調試。我在設計中，也經(jīng)常會(huì )自以為是的直接用波端口來(lái)代替，比如圖5所示的仿真模型。我們可以快速精   確的進(jìn)行仿真，得到滿(mǎn)足要求的仿真曲線(xiàn)。

 

圖5 Wilkinson 功分器仿真模型和曲線(xiàn)
但在實(shí)際測試中，經(jīng)常會(huì )發(fā)現實(shí)測性能和仿真差別甚大，有的可能完全不符合。對于PCB電路，經(jīng)驗老道的射頻工程師拿著(zhù)手術(shù)刀，輕輕一劃，妙手回春，就可以把性能調試的很好。但在目前精益仿真的模型下，你有沒(méi)有去思考，到底是哪里出了問(wèn)題？是仿真不準確？還是樣品做工太差？
其實(shí)很多時(shí)候問(wèn)題就出在波端口設置中。因為你認為的50歐姆，在實(shí)際中可能不是50歐姆。在微帶線(xiàn)和連接器焊接的地方，由于物理結構的不連續，會(huì )引入阻抗的失配。而這塊阻抗不連續的存在，很可能就是導致樣品仿真和實(shí)測曲線(xiàn)偏差的主要原因。
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圖6 連接器仿真模型
所以，在設計仿真時(shí)，一定不要偷懶，*好能把實(shí)際樣品中所用的到結構盡可能完整的仿真進(jìn)去，仿真效率可能會(huì )打折扣，但是準確率卻會(huì )大大提高，做到真正意義上的仿”真“，哪怕是*簡(jiǎn)單的一條微帶線(xiàn)。
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圖7 連接器和微帶線(xiàn)仿真模型
以下內容來(lái)自仿真秀ANSYS連接器電磁仿真公開(kāi)課預告：HFSS和CST究竟該怎么選？連接器電磁仿真干貨來(lái)了
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圖8 帶通濾波器
三、連接器電磁仿真公開(kāi)課
以下連接器公開(kāi)課由仿真秀優(yōu)良講師電磁應用HFSS-張老師主講，他畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)計算電磁學(xué)專(zhuān)業(yè)，師從郭立新教授，專(zhuān)注電磁產(chǎn)品設計，包括天線(xiàn)、濾波器、連接器、耦合器、阻容感等微波部件。曾支持ANSYS中國電磁業(yè)務(wù)產(chǎn)線(xiàn)，提供電磁業(yè)務(wù)技術(shù)支持，任上等電磁應用技術(shù)工程師，解決大量電磁仿真及EMC設計問(wèn)題