射頻器件連接器仿真的廬山真面目

無論是在產(chǎn)品中，還是在測試中，射頻連接器都是應(yīng)用*廣一款射頻器件。射頻連接器的種類繁多，到底應(yīng)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(shè)計仿真時應(yīng)該注意什么？連接器仿真應(yīng)該注意什么？這篇文章中，我們一起來尋找答案。
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圖1 射頻連接器
一、射頻連接器的種類及其應(yīng)用
正如我們上圖所示，連接器種類繁多，即使同一種連接器，因為應(yīng)用的場景不同，也會有多種對應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式。
根據(jù)連接器內(nèi)芯結(jié)構(gòu)的不同，可以分為公頭和母頭，公頭Male 的內(nèi)芯是一根針，而對應(yīng)的母頭Female 內(nèi)芯則是一個帶有彈片結(jié)構(gòu)的孔，這一對公頭和母頭共同構(gòu)成連接器的適配結(jié)構(gòu)。在實際應(yīng)用中，注意區(qū)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(jié)構(gòu)
除了內(nèi)芯結(jié)構(gòu)的不同之外，根據(jù)連接器的結(jié)構(gòu)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(yīng)用場景。圖3 給出了常用連接器的工作頻率范圍，一般來說，連接器的同軸線直徑越小，其可工作頻率越高。這個在選擇連接器時要特別注意，如果我們要設(shè)計一款應(yīng)用在毫米波波段的射頻器件，選用常規(guī)的Type N或者一般的SMA就不合適了。
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圖3 常見連接器的工作頻率范圍，來源于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(yīng)商的datasheet，確認(rèn)一下這款連接器實際的工作頻率范圍。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(yīng)用的實際工作頻率范圍。
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圖4  Type N 連接器 datasheet
二、仿真時到底該不該包含連接器
選擇好設(shè)計測試所需要的連接器之后，又面臨一個新的問題？設(shè)計仿真時，連接器模型到底應(yīng)不應(yīng)該加進(jìn)去？很多射頻人員可能會選擇不加。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？反正樣品回來之后可以調(diào)試。我在設(shè)計中，也經(jīng)常會自以為是的直接用波端口來代替，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，得到滿足要求的仿真曲線。

 

圖5 Wilkinson 功分器仿真模型和曲線
但在實際測試中，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)實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手術(shù)刀，輕輕一劃，妙手回春，就可以把性能調(diào)試的很好。但在目前精益仿真的模型下，你有沒有去思考，到底是哪里出了問題？是仿真不準(zhǔn)確？還是樣品做工太差？
其實很多時候問題就出在波端口設(shè)置中。因為你認(rèn)為的50歐姆，在實際中可能不是50歐姆。在微帶線和連接器焊接的地方，由于物理結(jié)構(gòu)的不連續(xù)，會引入阻抗的失配。而這塊阻抗不連續(xù)的存在，很可能就是導(dǎo)致樣品仿真和實測曲線偏差的主要原因。
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圖6 連接器仿真模型
所以，在設(shè)計仿真時，一定不要偷懶，*好能把實際樣品中所用的到結(jié)構(gòu)盡可能完整的仿真進(jìn)去，仿真效率可能會打折扣，但是準(zhǔn)確率卻會大大提高，做到真正意義上的仿”真“，哪怕是*簡單的一條微帶線。
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圖7 連接器和微帶線仿真模型
以下內(nèi)容來自仿真秀ANSYS連接器電磁仿真公開課預(yù)告：HFSS和CST究竟該怎么選？連接器電磁仿真干貨來了
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圖8 帶通濾波器
三、連接器電磁仿真公開課
以下連接器公開課由仿真秀優(yōu)良講師電磁應(yīng)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)專業(yè)，師從郭立新教授，專注電磁產(chǎn)品設(shè)計，包括天線、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，提供電磁業(yè)務(wù)技術(shù)支持，任上等電磁應(yīng)用技術(shù)工程師，解決大量電磁仿真及EMC設(shè)計問題