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    射频同轴连接器的现状与未来

    射频同轴连接器是连接电器线路的机电元件,其作用使传输线电气连接或断开,失效机理较为复杂。同时,作为一种利用机械结构传导电磁波信号的元件,也可称其为一种机电一体化产品。射频同轴连接器亦称RF连接器?!癛”是RADOI(射频)的第一个字母,“F”是FREQUENCY(频率)的第一个字母。
    简单理解,射频同轴连接器就是电器设备或者电缆电线的端口。

    一.射频同轴连接器发展概况
    射频同轴连接器(以下简称RFC)通常被认为是装接在电缆上或安装在仪器上的一种元件,作为传输线电气连接或分离的元件。它属于机电一体化产品。简单的讲它主要起桥梁作用。
    同其它电子元件相比,RFC的发展史较短。有两种说法,一种说法认为1930年出现的UHF连接器是最早的RF连接器。但是笔者认为,UHF连接器无论从其使用场合还是其基本设计都不能认为是射频同轴连接器,最多只能称为同轴连接器。
    第二种说法,BNC是最早的射频同轴连接器。二次世界大战期间,由于战争急需,各类舰载机载电子设备的损坏,令到美国??兆髡轿淦鞔罅克鹕舜?,为了压缩修理时间,美国海军部集中了一部分优秀科研人员和工程师,在较短时间内发明了快速插合分离的连接器――BNC(Bayonets - Navy ? Connector),成为全世界射频同轴连接器的发端。
    随着雷达、电台和微波通信的发展,产生了N、C、TNC、等系列,1958年后出现了SMA、SMB、SMC等小型化产品,1964年制定了美国军用标准MIL-C-39012《射频同轴连接器总规范》,从此,RFC开始向标准化、系列化、通用化方向发展。
    在六十多年的时间里,经过各国专业技术人员和工程师的共同努力,使RFC形成了独立完整的专业体系,成为连接器大家族中的重要组成部分。是同轴传输系统不可缺少的关键元件。欧美国家的RFC研制技术处于领先地位,其设计、生产、测试、使用技术已成龙配套,趋于完善,不仅形成了完整的标准体系,而且原材料、辅助材料、测试系统、装配工具等也已标准化,并进行专业化规模生产。
    在装配自动化方面,RFC因多品种、小批量、不连续的特点,一般采用人工作业,或者半自动。表现最为突出的是法国雷迪埃,该公司将一些产量巨大,连续生产的产品生产线实现了全自动化装配。当然法国工人的高工资以及休假多,是雷迪埃搞自动化的原始动力。

    二.射频同轴连接器专业特点
    1.品种规格多:
    目前,国际通用系列并已形成行业标准的,有将近40个系列,品种规格则不计其数。
    在国际上,各个大公司现行的产品发展策略是与客户协同研发、设计跟进的方式,特种连接器汗牛充栋。最为典型的是一些日本公司,往往依靠和客户共同研发的特种连接器来?;て涔谑谐?。
    2.依赖机械结构保证电气特性,属机电一体化产品,与其它低频类连接器有本质的区别:
    同轴系统具备相当优越的系统特性,观察电磁场的结构, 同轴传输线具有明显的优势:
    1)圆柱形的外部导体具有几乎称得上完美的镜像效果
    2)电磁能量环绕在中心导体的四周
    3)单一纯净的旋转电磁场, 意味着充分利用了该系统的几何构造。
    4)阻抗恒定
    5)极佳的宽频特性上述的这些基本特性,充分说明射频同轴系统在电磁传导的应用上具有很大的优越性。也一再证明笔者在各种场合所宣称的,作为现代通信和电气系统的一个端口元件,RFC的生命将是长久于它被应用的行业的。
    3.零件加工主要是车削机加工,装配手工作业多,自动化装配的难
    度(自动化装配的经济成本和技术成本比较高)较大。
    4.使用方产品更新换代慢。
    在国内,这一特点及极其明显,在产品创新、更新、独立品种方面,国内的厂商以及用户都比较保守,缺乏积极突破的激情和勇气。也许这是由于受到国内经济大环境的制约,更多的是用户方对于旧机种的保守看法。
    5.RFC是电连接器的重要组成部分,属于有一定技术含量的劳动密集型产品。
    6.产品可靠性,失效模式与失效机理复杂。

    三.国内RFC行业的历史和现状
    连接器作为一个行业,在我国的发展轨迹和其他工业行业一样,都是在前苏联的影响下起步的。但是到60年代初期,和苏联关系破裂,特别是在政治上给予苏联“修正主义”的定义后,我国开始由整机厂“独立”研制生产RF连接器,实际上依旧是仿制苏式连接器。
    70年代开始,当整机厂、所将连接器转移到专业厂家进行生产时,开始关注国际通用连接器(本质上就是美制连接器)。然而为了摆脱“苏修”的影响,也不能跟随“美帝”,此时将各种美制连接器进行改制,在将图纸上的英制标注转换成公制时,一方面把尺寸进行圆整,另一方面根据汉语拼音重新命名美制连接器。例如:将BNC改名为Q9,部分尺寸圆整,各类安装螺纹全部由英制改为公制;SMA转化成L6、L7和L8三个系列(后期L7应用极少,主要品种为L6、L8),界面尺寸和英制螺纹全部改为公制。同时,这一时期,为了推动国内整个行业的快速发展,国家组织了大量专家和工程技术人员,实施“集中设计”共享各类技术成果,甚至很多厂、所的同类产品以及零件的编码都是一致的。从发展的角度来看,这一阶段对于国内连接器的发展是极其重要的,不仅仅能够消化国际上的标准和产品技术,而且奠定了产业布局,实现了产品自主,为武器系统、空间系统、各类通信系统的发展奠定了基??;更为国内培养了大量的技术人才、生产管理人才和国家层面的行业管理人才。这样的集体协作一直延续到80年代后期和90年代初期,这一时期所培养培育的人才和产业基地,至今依旧是国内这个行业的中坚。
    80年代起,主要采用国际标准研制生产国际通用系列产品,以国营和集体企业为主,陆续出现一些民营、合资和外资企业。到目前国内RF连接器生产厂家官方认为已有几百家,但实际上,笔者认为到21世纪应该是数以千计。规模都不大,骨干厂家的生产手段、通用连接器的生产水平已与国外不相上下。特别是当年上海、西安的几家国营军工厂商,不仅仅其加工制造水平紧跟国际领先步伐,而且产品理解、产品开发、加工制作在亚太地区处于领先状态?;勾罱嗽谘侵薜厍缚墒氖笛樯璞?,检测手段也相对比较完善,很多国家级的检验验收均借助这些企业的协助。
    80年代至90年代,也是国内连接器在理论研究、工艺研究开始总结、发起冲刺的阶段,在国防科工委和电子部军工司的领导下,由电子标准化研究所牵头组织了大量的国家标准、行业标准、国军标、行业军标的研究制定工作。同时开展了各项基础理论研究和可靠性研究,材料和工艺设备的研究,结合了广泛的行业内外专家和上下游企事业单位。当时所提出的一些新观点、新看法不仅仅在国内、甚至亚太地区都处于领先地位,具备极强的超前意思。这一时期,是整个连接器的黄金阶段,为行业的发展积淀下极其宝贵的财富和知识积累。
    然而,经过近20年的市场竞争,军工企业的放开,国内的连接器企业在行业上也并非国家感兴趣的必须垄断行业,国营企业因行政干扰和领导不作为的因素,纷纷凋零、或者竞争力急剧下降,加上同质化竞争的因素,纵观这些林林总总、大大小小的连接器企业,没有一家真正摆脱单纯的制造业境地,所谓的研发,无非是在原有系列品种上加以小小的修改,就像144张麻将牌一样排列组合而已。
    最后的结局就是杀价、杀价、杀价,一直杀到利润空间几乎为零,二次投入的资金捉襟见肘,加工设备的更新也已不容易,更谈何真正的研发和创新。值此混乱之际,借国门洞开的机会,国外企业大举进军国内,不仅把国内作为一个廉价劳动力充盈的制造基地,更在市场上利用其终端客户也在大陆地区建厂的机会,将其产品供应端架设到大陆,这个时期本身应该是中国企业依赖原有基础,依赖政府指导,积极学习,大力整合的大好时机,但是政府和企业却走上一条割肉补疮,表面改革的道路,消灭了优秀企业的活力,赶走了人才资源,和其他行业一样,将企业赶入恶性竞争的不归路。
    在高端连接器方面,我们曾经摸索出一条很有效的道路。由航天航空等高端需求单位(主要都是军工单位)通过各种渠道将整机输入到国内,测试、解剖、分析之后将部件、器件、元件分门别类,通过简单竞标方式交由相关行业的骨干企业实施模仿研制,根据本国实际状况尽量将产品的各项指标和工艺接近国外水平。结合行业内的各种技术交流平台,形成各大企业齐头并进的局面,而且所有产品基本都能和国际标准看齐(当然有几项指标一直没能准确检测,不过并不影响运用和总体性能)。
    然而今天,我们却再也看不到这样的情形了。当国际上主流企业的产品在层出不穷地涌现时,我们的连接器制造行业,在各个层面都没有真正的同步进步,还是在老的规格型号上打转,差距日增,难以弥补。去年夏威夷国际电子展,国内几位老总的观后感是大跌眼镜,感慨国内外这个行业竟已差距到了这个地步,信心顿失,气势顿消。
    更不可理解的是,本行业的工程技术人员中,无论老中青,有相当部分变得目光短浅,无法认清行业的?;?,而沾沾自喜于“假创新”,甚至沉迷于这种虚假的游戏中自娱自乐。当然企业和政府部门也在推波助澜,助长了这种不良风气的蔓延。
    举一例加以说明:
    发明于新旧世纪之交的QMA,其专利归属于灏讯公司,当国内企业发现其独有的优势之后,群起效仿,对于一个模仿成风的行业,这点已经无可厚非,奇怪的是,不少技术人员,不仅仅只会模仿,而且也只会围绕这个连接器本身团团转,却没有看到这种高性能快插形式所展示出来的思路,更谈不上借鉴这样的思路去开展自己的研究,哪怕是将这种思路结合其他小型连接器的结构的灵感也荡然无存,反而动起了投机取巧的心机。所以当外企同行的QN发布之初,国内所知尚少,立即有所谓资深工程技术人员自己宣称要将QMA的形式嫁接到N型连接器上,要“独立自主”创造QN。数年以降,没有任何实质进展,为了掩饰窘境,反复声称国内企业没有诚意收购其心血。井底之蛙的眼光、掩耳盗铃的心态不是真正的创造力。
    而这个阶段,更多快速插拔类型的连接器由美、日、欧企业推出,快速插拔已经成为一种普便形式,再也没有新意可言了。而模组化、机械仿生型连接器也已经层出不穷。

    四.国内RF连接器行业面临的问题
    1.实力单薄、规模太小。
    目前国内最大的几家企业,无论是国营还是民营,期年产值均未超过2亿人民币的水准,绝大部分尚可称为优良的国内企业,均在3000万到1亿之间徘徊。
    外企方面呢,单单一个Amphenol RF,综合出货量就已经逼近10亿。
    比较严重的问题是,由于市场竞争的残酷,几乎所有做得比较“大”的国内企业,其毛利率都很低,这样就很难有更多资金投入到新产品研发、设备更新、后备力量培养上。
    在人员投入上相比较,国内企业的效率、人均贡献度均远远落后于国际大厂。
    2.参与市场竞争观念陈旧,民品市场已出现低于成本价销售的情况,也出现其它不正当竞争的事情。
    这个行业和国内其他行业一样,很多新进入的资本并不是看好这个行业,也不是对这个行业有其历史渊源上的感受或感情,而是这些资本或资金实在没有更好的投资方向,一旦地域、客户关系、技术这些方面的因素有一项满足要求,就犹如热钱一样快速杀进来,捞上一票或者并没有真的捞成,又犹如潮水一般退去。所以在这连续不断的个别企业的潮涨潮落阶段,恶性竞争如影随形,不公平竞争更成为“正?!毕窒?。
    低于成本销售的现象虽说时有发生,但是还只是个别害群之马的捣蛋行为,一次有位企业老总在一个竞标会上的公开扬言,成为当年的行业名言“反正我中不了标了,干脆出更低的价格,我做不了,你们也别想做。我就是捣蛋,怎么样?”这样的企业、这样的“企业家”令人哑然。
    3.不具备真正的全球化意识,无法适应新经济时代的需要。
    说起全球化意识,不少人的理解就是和外商做生意,或者把生意做到国外去。全球化真的这么简单?其实不然,全球化的出发点是产业分工和市场的全面开放和协作,但是全球化的规则是由少数发达国家或经济体制定的,如果一味以为是所谓的产业(或企业)发展的契机,那是一厢情愿的想法。即使这些规则完全公平,上面已经提及,目前国内整个行业的基础不牢固,各层面人员的心态也很浮躁,恶性竞争激烈,全球化来临,就像一个小孩一下站到了泰森面前,完全不是敌手。
    国内企业在全球化的过程中,没有变成供应链的最下端,就是万幸之事。

    五.企业产品提升以及突破的方向
    整个行业的状况,目前而言没有实施整体提升的可能,这个题目实在太大,难以由单个或几个企业,甚至行业本身也没有能力独立完成。
    是不是坐以待毙?或者自甘沦落?那要看每个企业的决心,企业至少可以找到自己的道路。
    有数据报道,“八五”期间,我国连接器年平均增长速度为30.5%、“九五”期间增长速度为15%,“十五”期间增长速度为25%。2005年、2006年我国连接器市场连续两年增长率达25%以上,产量超过230亿件,销售额达216亿元。2007年增长速度达20%以上,预计2008年市场前景仍保持良好的态势。尤其是国内的通信事业的发展速度超过了20%的增长率,对射频同轴连接器及电缆组件、微矩形连接器、印制电路连接器、线簧连接器、圆形连接器等需求不断上升,市场需求非??春?。预计“十一五”期间连接器市场将继续呈现平稳增长的态势,年增长速度仍将保持在20%~25%左右。预计未来几年,我国各种连接器市场将进入一个新的增长周期,产品市场份额有望超过400亿元。 国内企业预备在这块蛋糕上分到多少呢?
    1.根据高端客户的需求,实施产品设计跟进
    产品向上发展的趋势永远存在,这个需求是绝对刚性的,很多军工单位、整机厂所在研制新的武器系统时,对于元器件的需求是急迫的。不过因为元器件厂商自身生存的压力巨大,军用元器件研制的过程并非短时间即可形成量产,当缺少国家支持或国家支持失当时,连接器企业的参与热情就不会很高。
    如果一个企业本身具备相当实力、并且具有真正的前瞻性,就应该抓紧时机,下功夫切入这一块,要认识到产品的推广和量产化本身需要这样一个过程,我们现在在产的品种都经历过这个过程。一旦我们失去创新能力,就不能奢谈领先的问题,国内高端客户的此类需求就不得不向国外企业寻求支持,那么新品种新技术就一直掌握在国外企业手中,我们只能永远望其项背,步其后尘,甚至望尘莫及。
    据我们所知,行业内的各大企业已经具有相当成熟的产品检测条件,企业已经装备绝大部分检测设备,即使有不完备的地方,但是在行业内是有大量资源可以互补的,或者我们的高端客户会具备一些特殊的检测手段。
    借助这些条件,有实力的企业可以密切跟踪客户的需求,当客户整机部分尚在研制阶段,元器件厂商就可以积极参与,帮助客户选择产品,更可以真正的独创某些实际运用类型。形成真正的知识产权自主,并进而建立相应标准和某种程度产品?;?。长期坚持,能使中国的企业在产品基础上振兴起来、发展起来
    2.小型化、精密化、模组化、表面贴装的运用
    对于产品的新动态,纵观历史,无非遵循小型化、精密化、模组化、表面贴装的运用形态;新材料、新工艺的制作要求;电气性能扩展,包括频率扩展、高可靠性等等性能要求。这些要求数十年来贯穿整个产品的发展历史。
    信息产业的飞速发展确实为基础电子元件带来机遇,作为基础元件重要组成部分的RFC市场受整机的拉动,同样在快速增长。同时无论是从原材料消耗的角度还是人类对于常规产品日益精巧的追求,小型化一直是各种产品的目标。
    特别是对于RFC这样的电磁信号传输产品,其本身就具有小型化的理论依据,因为RFC产品的理论截止频率上限和其几何尺寸成反比,这些基本原理在此不加赘述。
    电镀、模具、机加、注塑、冲压等是连接器产品最基本的制造技术,随着国内制造业专业化技术水平的不断提升和由于连接器自身发展的需要,越来越多的新技术、新工艺和新材料被用在了连接器产品的生产过程中,如代金和局部镀金等节金工艺,金属零件的精密压铸、冷挤和热锻等模具化生产工艺代替某些单件操作的机加工工艺。
    过去很长一个时期,囿于加工设备的局限性,比较高精度的小型化很难实现,小批量的专门制作尚能应付,大规模生产无法实现。
    同样的道理,精密化、模组化、表面贴装的实施,也有赖于制造设备以至于应用设备的精密化,90年代以前的条件是不充分的。
    时至今日,国内已经拥有各种类型的加工企业,各类加工设备也已经日益完善,加工手段也日益丰富。
    一般性加工设备中,数十万美金一台的数控机床国内已经拥有,其加工精度都是10-3mm级,一次成型性,微小孔径、异形、前后端在同一台机床加工、同时加工已经不是难题。内导体在加工孔、槽的同时实施弯曲、冲除孔内外毛刺、残屑、收口均可在一台MS7型车床上实现,而MS7型也只需要几十万人民币。
    冲压成形的方式很早已经被引入RFC的制造,目前设备精度能够形成高速、多工位、小尺寸的特性,某些10-1mm量级的接触件均能以冲压方式加工成形。
    冲压的方式,不仅提高了加工速度,而且对于原材料消耗极小,对于近日惊人高企的原料价格,不失为一种解决之道。
    很多连接器的弹性接触件就是利用冲压方式加工成形的,诸如SMB和MCX就经常使用冲压成形的铍青铜接触件,不仅仅零件一致性很高,而且其耗材几乎就是零件本身。同时,数以万件的零部件只需要一台冲床在短时间内即可完成,如果用单件加工的车削方式加工,就需要数倍数量的设备以数倍的时间才能完成。
    锌铝合金压铸也是一种在行业里流行了几十年的加工方式,只是国内很长一段时间无法实施精密压铸、电镀问题也久拖未决,因而90年代之前这种方法国内较少运用,目前已经没有这方面的瓶颈。以锌铝合金模具方式,可以方便地制造异形、弯曲、多脚位、多侧孔、多定位块的连接器外壳。如果某些加工面需要比较高的光洁度,可以利用高光洁度的模具来实现;更常规的加工方式,就是成形后,再进行精加工。
    注塑方式也并非新的工艺,但是随着化工行业的发展,各种新材料的涌现,以及塑料模具本身的工艺提高,塑料越来越多的运用到连接器制造中。不仅仅有利用普通工程塑料来替代成本比较高的聚四氟乙烯做绝缘体,由于塑料电镀工艺的突破,数以百万计的连接器主体和连接机构采用了注塑形式加工。
    上述锌合金压铸以及塑料注塑的大量运用,对于RFC的模组化、小型模组化、高密度模组化以及高低频混装带来了很大的便利,现在不少设备的端口大量使用能量端口、电磁端口、信号端口组合在一个??橹?,不仅有利于设备的小型化、便携性,而且大量节省原材料,更为有利的是布线也可实现以线束代替单根导线和电缆,现场施工难度降低,出错概率降低,维修便捷。
    冲压、压铸和注塑形式,也有利于表面贴装的实现。多年前,车削方式加工产品,表面贴装类型的,其贴装面乃加工和装配的难度所在。上述三种方式的成熟,贴装面的异形脚、非均布脚,内导体的异形化得以轻松解决,与各种基板的组合配接将更为方便。塑料件结合局部电镀的方式,在多层基板上也能加以运用(不过这一运用目前还很不成熟,主要受制于使用方的设备精度)。
    在组装方面,自动、半自动结合人工的设备大量使用,连续带料形式的送料方式也使得小型连接器装配更方便。这些设备中大量运用了气缸、电磁阀、蜗杆、曲杆等基本机械方式提供运动和动力。能保证装配的准确度、精度和力度,提高产品的一致性
    3.新型材料的运用
    最早期的连接器,完全使用铜材制作,包括铍青铜、黄铜、紫铜等,后来又引入了不锈钢(但是不锈钢有时又会被排斥在需要高抗磁的场合),再后来为了降低成本,最早在BNC的制造上引入锌合金和塑料的主体外壳。
    同样的要求和可能性继续展现在整个连接器的发展历史中。在没有抗磁要求的场合,铝质、铁质零部件也在大行其道。
    但是更多的比较壮观的行为是新型材料的介入,近年来,一种新型镍铜(也称作白铜,但有别于三元合金电镀的俗称)被用来制作连接器的内导体,其弹性特点介于磷青铜和铍青铜之间,但是不需要时效热处理,加工特性也介于两者之间,欧洲已经在相当多的应用。而镍铜的耐磨性、无氧特征优于上述两种常用材料,在连接加载高压信号时,需要某种烧结工艺,蒙乃尔镍铜更具优势。
    涂镀方面,新工艺和新材料也在不断推出,最值得推介的是如何在降低电镀成本的同时保证有利于表面电流(电磁信号的一个显著特征)的通过――化学方式。某些高端连接器,需要电镀厚金,如果采用电镀薄金覆盖化学镍的表面处理方式,镀金费用可以降低2/3,但是依旧可以确保电镀厚金的电气传输要求。笔者在新世纪开始就极力宣传这样的表面处理方式,也极力将此方式在连接器上加以运用,索尼爱立信的手机上使用的RFC开关,金属外壳(制造部分一开始由笔者主导)全部采用了这样的方式。现在深圳地区很多企业在和笔者接触后已经采用了这项改革。
    在新材料应用方面,要做很多踏踏实实的工作,不能为了新材料而新材料,曾经有专家鼓吹纳米材料和技术,其实在目前阶段是没有办法立即实施的,据笔者所了解,国外企业在积极研究,但是这个研究结合了各路专家,包括了材料学、纳米技术、纳米制造、连接器各个方面。这绝不是业内专家表示一下就可能出现美好前景的。所以妄加批评“纳米材料的应用等等都为连接器的快速发展提供了强有力的支撑。但不足之处是……没有形成企业自己的专业的核心技术?!笔潜冉衔涠虾推娴?。而且就全球范围而言,纳米(严格地讲是准纳米技术制造的连接器目前仅仅只有微矩形,能够形成产品的只有两家企业)运用还刚刚起步。
    当然国内企业以及技术人员和新技术、新材料的结合确实更慢更不自觉,也确实非常不全面、非常肤浅。
    4.电气性能的扩展以及稳相和抗三阶交调
    有专家称,国内企业在新技术方面,产品应向小型化、高密度、高频率、高传输、高可靠、抗干扰、相位可调、??榛确较蚍⒄?。在保持射频同轴连接器国内领先的同时,积极加强使用频率在40GHz以上毫米波连接器、宇航级连接器、稳相电缆组件、耐环境圆形连接器、高可靠微矩形连接器等产品的开发。
    上述言论总而言之就是电气性能的扩展,这在当前是一项非常现实也最受关注的部分。
    1)扩频和扩频的误区
    扩频是连接器电气性能扩展的一个重要方面,扩频是指在已有连接器的界面结构基础上,通过改进结构,不加大成本,实现频带的拓宽(扩频)。
    实际的例证出现是在80年代的美国,国内是通过标准的引进才发现这一问题的,1980般IEC169-17上的TNC连接器上限频率是11GHz,而到了1993年的IEC60169-26所规定的TNC,其上限频率一下提升到了18GHz,而且1988版的美军标348手册也提出TNCA连接器,这三者之间的连接器,接口兼容但是使用频率有11GHz和18GHz两种。而差不多在同一时期或稍后,3.5mm型、2.92型、K型连接器推出,它们的端口和SMA兼容,但是频率分别达到34GHz、40GHz、40GHz。
    也就是说,后两种TNC相对于第一种TNC实现了扩频;而3.5mm型、2.92型、K型连接器相对于SMA实现了扩频。
    那么如何实现上述扩频?原理上对于任何RFC,只要它们的外导体内径与内导体外径、绝缘介质材质组合在一起,其特性阻抗和上限频率(或称截止频率、可能的模变频率)就确定。
    当然,由于实际尺寸和结构的原因,模变不会自动产生,但它可能通过在连接器内部的不良阻抗匹配而被激发,或者在不适当的装配、测试接口应用了质量较差的连接器和测试用电缆组件而被激励。根据RFC的上限频率公式和阻抗公式,我们都明白上限频率与连接器的外导体内径、内导体外径之和成反比,与绝缘介质的相对介电常数也成反比。
    因此简而言之,只要将这三个参数的数值降低,其截止频率就得以提升,笔者给出四个方案:

    a.在保持连接器的特性阻抗不变的前提下,缩小连接器的腔体尺寸(此处仅指直径部分),只要可以加工,收缩得越小,截止频率越高。

    b. 在保持连接器的特性阻抗不变的前提下,按比例缩小内导体外径和外导体内径,同时按比例缩小绝缘介质的相对介电常数。

    c. 在保持连接器的特性阻抗不变,而且腔体尺寸不变、绝缘介质的相对介电常数也不变的前提下,一般在连接器接口部位加入空气绝缘段,刻意制造混合介质,拉低整个传输腔体的相对介电常数。

    d. 在保持连接器的特性阻抗不变, 而且腔体尺寸不变也不变的前提下,选用相对介电常数更低的材料作为绝缘介质,极端的状态就是完全采用空气。
    然而,以上仅仅是针对已经成形的连接器做适当的扩频工作,并非某些业内人士所宣称的SMA可以扩频到40GHz,真的做到扩频至34GHz或者40GHz,那时,已经将SMA连接器变种为3.5mm型或K型了,不是原来意义上真正的SMA。此时,我们宁可称为系列品种扩展也不要误认为是扩频,因为那样的认识对于我们连接器的发展过程并不有利,根据产品特性所制定的标准也会引起混乱。特别是应用方将无法有区别的选用不同成本(性价比)的连接器。
    另外,即使在保留主腔体不变种的前提下最大限度地扩频,还不如将此精力用于拓展更为新颖的系列品种。道理在于,努力扩频后,客户的应用如果依旧是旧有品种,那么客户端已经使用的相配对连接器未经扩频(或者说无需扩频)时,扩频的意义和努力毫无价值。如果客户需要双向扩频,那么一般而言客户必然已经期待更新的结构形式,那我们何不借此机会展延我们的产品系列,何必固步自封于旧品种、老系列、原标准!
    2)提高可靠性
    RFC大量地应用在微波波段的雷达、、卫星通信等系统,作为信号连接传递之用,它的工作性能直接影响或决定了传递信号的质量,同时直接影响到甚至决定着整机或系统的可靠性。系统中RFC的大量存在,每一个RFC的可靠性必须相当高,才能保证系统的高可靠性。每一个RFC厂商,无论是基于行业的需求还是商业利益的考虑,都应该总结本单位或者行业中的经验教训,对本单位研发、制造、销售的连接器持续地进行可靠性评估并加以提高。
    推荐的方法有以下几种:

    a. 加固
    在不影响RFC本身固有电气性能参数的条件下,针对容易接触失效的部位,采取增设加强环、不开槽、开窄槽等措施,提高这些部位的刚性和机械强度,提高其接触可靠性和机械寿命。例证:BNC的接触可靠性为什么高于Q9,其关键就在于BNC的外导体端口加了一个1mm左右的环形凸缘,一者增大了端口和插座接触的面积,另外也加大了本身的强度。
    当然,连接器本身就必须选用合适的材料制作其相应的零部件,这是首要前提。
    b. 校准
    小型连接器甚或微型连接器,设计相对较小的内导体接触件时,在不超越标准规定时,尽量后退内导体的插配长度,尽量加长连接机构部分,使到连接器插合时,遵循:连接机构――外接触件(外导体)――内导体的顺序,避免内导体插合过早,从而损坏插针尖端或插孔开槽部位。

    c. 平面接触
    高端连接器,往往采用更微小,更紧密的插合方式,同轴度要求很够。为了接触可靠而且不易损坏,建议采用类似APC3.5的平面接触方式,当然APC3.5的平面接触源自于SMA,它们都是外导体采用平面接触。更高级的方式参见APC7,这是一种不分阴阳(公母)的连接器,其连接螺套可以在外壳上前后旋转滑行,向前为公,向后为母。而且外壳不负责接触,接触端有单独的外导体。其中心导体,采用复杂而精密的结构,中心导体本身也不负责接触,接触部分,是插合在中心导体内的一小段轴向径向均有弹性的弹性接触件,所以它的插合反而一反连接器外导体先接触的基本要求,由具有轴向径向均有弹性的弹性接触件先接触,在连接螺套旋紧的过程中,该接触件对各自回退,直到外接触件接触为止,实现了内外接触件对全部无缝对接。

    选用
    在需要高可靠性的场合,绝不单纯以价格因素来衡量购买,而是选用质量好、制造精良的连接器。

    工具
    在连接器进行插合连接时,如果有可能的话,尽量采用合适的工具,例如对于螺纹连接的比较小型的连接器,可以利用扭力扳手,以平衡连接可靠和电气性能要求,杜绝人为损坏。

    保存
    连接器必须保存在规定的环境中,并在使用后做清洁处理。

    3)稳相
    由于主要运用于军事武器系统上,相控阵雷达为了达到在多路接收机中宽带成像之一致性要求,无论是单路接收机幅相特性的带内起伏,还是躲路接收机之间的幅相一致性都有特殊要求。
    单路接收机的带内幅相起伏增加,将增大成对回波的幅度,造成距离像失真;多路接收机之间的幅度不一致会影响到天线的方向性,降低或破坏准确度和角度;多路接收机之间的相位不一致,不仅影响到准确度和角度分辨力,而且影响多路信号的叠加,一样影响到雷达的距离分辨力。
    对此,相控阵雷达对其运用于信号通路上的各类电子元器件均提出幅度、相位稳定要求。它们有绝对相位稳定、相对相位稳定、相温特性、相温跟踪、相位机械变化等等要求。
    至于电缆组件主要考虑的问题是前三种要求,而其中又以前二者更为重要。
    为了加工制造出高品质的RFC稳相电缆组件,在电缆连接器设计中,要严格考量电缆与连接器连接可靠,同时同轴系统的尺寸变化要均匀,反射低,驻波小。RFC电缆组件要能承受高振动,强冲击。
    合理选择电缆,组件配接要精密。
    以上要求,作为产业实现是完全可能的,但是具体操作难度很大,其中稳相电缆部分更为关键。国家曾经专门立项,组织了两家国内知名研究所进行专门研究,据说至今效果尚不理想,还没有能实施批量性稳定生产。国内也有连接器专业厂商组建了相应生产线,笔者认为也只是一种产业预备而已。但是仅仅就目前的应用来看,国内企业在组件上供货还不困难,电缆部分可以依赖进口。
    在电缆依赖进口的前提下,技术的关键点就落到RFC厂商头上,产品本身需要做到“六化”:设计优化、作业流程优化、检测设备优化;然后,设计固化、作业固化、检测固化。
    4)三阶交调(或称三阶互调、无源交调)
    无源网络包括RFC本身就具有非线性,当两个以上的频率通过无源网络时,基频信号相互干扰而产生非线性频率分量,称之为交调。
    这是一个在无线通信系统中至关重要的指标,实际体现为其本身的抗内部干扰能力。自无源系统产生之日起就自然存在的一个特点,但是在RFC中一直未被认真对待,美国军方自上世纪70年代起开始研究其机理和改善措施。
    我们在屏蔽室内做RFC的一些电气参数检测时,在已经没有任何外在干扰信号的情况下,观察到一些无法解释的干扰,这些蛛丝马迹,根据微波和电磁场的基本概念,可以判断为是无源网络自身产生的。当然长期以来,国内连接器行业以及用户方,均未对此现象有任何疑意。
    这种内部产生的干扰,在无线通信之运用尚不广泛普及的年代,各个通信频点之间的间隔较大,产生干扰的几率和幅度都比较小,一旦实现民用,就将产生相当严重的干扰,导致通信系统的信号变差、音质劣化,用户将难以忍受。
    1989年笔者根据当时通过航天部下属研究所的特殊渠道获得部分北约报告,这些报告透露出,西方国家认为苏联的解体、东欧的变革已经不可避免,GSM民用化将是一种趋势,当GSM系统只运用于军事领域时,仅仅为单频点保密通信,如果进入民用不可避免的将有多频点信号,这是数量爆炸的需要,也将是时局变化、管制放松的需要。于是1990年笔者专门在行业内部撰文指出这个问题,简述了其产生机理,大致的避免(精确的讲是降低)措施。
    当然由于时机问题,当时这个观点并未得到业内绝大部分人的认同。
    90年代中后期,GSM通信在国内成几何级数的增长,这个问题不仅被提出,而且当时的主要系统均采用国外公司的产品,连接器本地采购时,国外系统商已经将此指标明确列入各元器件采购要求中。国内元器件厂商一时比较窘迫。
    其实无源交调的概念是比较明确的,也是可以理解的,其原理和特性并不比电压驻波比更难处理。如果能早些投入研究,我们至少也能研制出简易的检测设备和手段,可能会避免网络分析仪只能迷信国外品牌一样的困境。
    2000年,蚌埠40所连接器老专家李明德利用其所内有力的设备条件,经过长期分析试验,再次撰文指出这一重要指标在连接器种的重要性,同时详述了解决方案并对笔者90年的文章作出肯定。国内厂商才对此有比较完整的了解,经过一段时间的调整整合,也在各自的产品上采取了相应措施,此问题基本得以克服,产品实现和电镀工艺基本自主。但是检测方案、检测指标、检测设备均不得不完全臣服于国外企业。
    这个例证,再次证明,国内企业在知识学习,技术创新,眼界拓展方面的不自觉、不敏感。企业和企业内的技术担当者在体制内更注意个人的生存发展,行业和国家意识淡泊。体制外,企业缺乏亲和力、包容性,从业者缺乏归属感。

    六.结语
    RFC这个行业前期研发难,建立完善的系统也不容易。理论研究的周边资源和人才均比较匮乏,产品本身比较枯燥,产品实现过程所涉及到的科学技术门类很广泛。但是产品实现中的制作部分相对而言门槛极低,因此国内本行业的竞争不但无序而且惨烈。
    寄希望于有企图心有志趣的企业家、技术人员能够有决心在新的世纪走出一条向真正高端产品进取之路。近几年原物料成本上升的苦难,能被转化成行业内优秀企业转型机会的话,中国企业近廿年来被国外企业拉开的距离得到缩小,甚至更接近。

     

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