射频连接器：不可忽视的重要射频器件

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射频连接器：不可忽视的重要射频器件

2025-02-04 1025

尽管射频工程师不断努力减少射频连接器在射频系统中的使用，但不可否认的是，射频连接器在射频系统中仍然占据着至关重要的地位。一套出色的射频系统离不开射频连接器的支持与贡献。

无论是在射频系统的内部，比如不同的板级之间的射频信号的连接；抑或是射频系统之间的连接，都离不开射频连接器这个部件。

这篇文章就带大家认识它，学习它，并且希望能够掌握它。

№1

从UHF连接器到 Type-N 连接器

相对于很多连接器来说，射频连接器还是比较年轻的器件，因为射频这个行业到目前位置也不过百余年。

1930年，也就是二战前，UHF连接器的出现标志着射频连接器的诞生。这种连接器的最显著特点是插头中间的一根较粗的中心导体（约4mm粗）。而连接和固定则采用接头上的内螺纹与插座上的外螺纹相互咬合的方式。这种插头并没有防水能力，所以在室外架设时应特别小心对雨水等自然条件的影响。这种连接器主要工作在100MHz及以下频率使用。

在1940年左右，贝尔实验室的工程师 Paul Neill 为海军设计了一种工作频率更高的，具有防水功能射频连接器，并以Neill的首字母N命名，也就是我们现在常用的N型连接器。

随着射频微波技术的发展，除了N型连接器之外，BNC型，TNC型等中型连接器相继问世。下图给出了这三种连接器的端面图。

1951年 General Radio 公司申请了第一款精密N型连接器的专利GR-874专利，专利号为2548457A，连接器结构如下图所示。这款连接器结构简单，并且可以工作到19.4GHz，是第一款被广泛应用的射频连接器。

在1960年之后，出现了三款精密型连接器，分别为GR900（14mm），APC-7（7mm）和Dezifix连接器。GR900结构相对复杂，制造成本昂贵，并且工作频率较低（8.5GHz），应用不是很广泛；APC-7最早是由惠普的微波部门工程师Anthony Badger在1950年前后开发设计的，后来被卖给了安费诺，安费诺改进并推广了这种连接器。

惠普发明了APC-7型连接器，因此很多早期的惠普生产的网分也都标配的是APC-7型连接器，所以在使用网分校准的时候，一定要用适配的连接器。（这里简单介绍一下，是德科技的前身是安捷伦电子测量业务部门，安捷伦的前身是惠普的测试测量部门和生命科学部门。）

Dezifix连接器的专利属于罗德与施瓦茨，所以罗德与施瓦茨早期的一些仪器采用的都是Dezifix连接器。

№2

从SMA到3.5mm/2.92mm

与此同时，小型化和轻量化的射频接头的需求被提出。1958年，Bendix Research Laboratories的John Bryant, James (Jim) Cheal 和 Vincent (Vince) McHenry 开发了一种小型射频连接器，命名为BRM。在1962年，他们三人离开Bendix后创办了Omni Spectra，并改进了BRM 连接器，命名为OSM (Omni Spectra Miniature) ，其工作频率一直可以到26.5GHz。而OSM还有一个更为广泛认知的名称就是SMA，开创了微型连接器的先河，因此 John，Jim和Vince三人还获得了IEEE MTT-S微波先锋奖。

下图给出了常见SMA连接器的类型：标准SMA，反极性SMA。

SMA连接器的内外导体之间有一个PTFE做成的绝缘子，PTFE是一种随温度变化的材料，因此SMA很难提供一个稳定可靠的阻抗值。惠普微波部门的电子工程师Larry Renihan设计了3.5mm连接器的原型，并且兼容SMA连接器，Steven Adm和他的同事在1976年发表的论文《A new 34-GHz 3.5-mm low-cost util ity coaxial connector featuring low leakage, low standing-wave ratio, and long life》详细介绍了3.5mm连接器的改进型，该连接器采用空气填充介质，实现了34GHz的超高工作频率。

1985年，Wiltron公司的射频工程师Bill Oldfield开发了2.92mm连接器，将连接器的工作频率推高到了40GHz，2.92mm连接器也被称为K型连接器。并且从机械结构上来说，2.92mm连接器也是兼容SMA的。

所以，如果单纯的从机械结构上来说，SMA，3.5mm和2.92mm这三种连接器是有一定的兼容性的，如果单独看，肉眼也分辨不出来他们的区别。

但是，标准SMA的外导体直径是4.13mm，3.5和2.92 连接器的外径分别是3.5mm和2.92mm，其尺寸并不相同，相互连接也不是理想的，甚至可能会损坏连接器。

但是在实际使用中，射频性能的下降也不是太明显，偶尔互用一下也没啥大的问题。

№3

从2.4mm到1.85mm再到1mm

从这个时候开始，负责连接器设计的射频工程师们开始在更高频率上下足了功夫，于是更小尺寸的连接器诞生了。

与此同时惠普公司的射频工程师 Julius Botka设计了2.4mm连接器，直接将连接器的工作频率推高到了50GHz，并且申请了专利，下图介绍了2.4mm连接器的结构图。

不甘落后的Oldfield随后开发了尺寸更小的射频连接器——V 型连接器，也就是1.85mm连接器，将连接器的工作频率进一步推高到67GHz，下图给出了V型连接器的部分专利视图。

难能可贵的是，这种V型连接器的结构尺寸上是兼容2.4mm连接器的。类似于上文提到的SMA，3.5和2.92.

西安普科科技在文章中总结了这五款射频连接器的结构兼容特性，如下图所示。同学们在使用的时候要加以辨别。

这还不是终点，在1989年，惠普公司设计并推出了外径只有1mm的射频连接器，这种连接器的工作频率高达110GHz。

这肯定还不是终点，0.8mm，0.6mm甚至更小的连接器也会随着需求而逐步问世，Bill Oldfield在审阅高于110GHz连接器设计时曾说：I have often said that all you have to do to make a higher frequency connector is divide by two。（我常说，要制造一个更高频率的连接器，你只需要将尺寸除以二。）。

但实际上，往往不会这么简单。

№4

连接器未来发展趋势

Molex在《Predicting the Connectivity of Tomorrow》报告中深入探讨了未来连接器的发展趋势，并给出了四个市场驱动因素以及实例。

第一，更快的数据速率；

消费者期望的飙升、人工智能（AI）的日益普及和不断发展的物联网（IoT）应用将推动对越来越多数据的需求。提高数据速率的压力将持续存在，尤其是在瓶颈最严重的地方 - 数据中心内、边缘附近或传输点。

第二，更高的功率吞吐量；

未来几年可能会出现将能源从储能站转移到便携式设备的新方法。随着电动汽车（EV）、家庭和可再生能源设施电池的激增，人们无将越来越渴望以可靠的方式将这些能源付诸行动——最好是按需使用。更高的功率是电动汽车快速充电的答案，但电压升级需要在车辆和充电点进行连接性改革。新设计还需要解决安全风险和热效应。

第三，更小的组件；

未来几年，许多行业将继续保持小型化趋势，尤其是在射频/无线设备、汽车、消费电子、数据中心和边缘计算领域。设计人员将面临创建具有更高特征密度的更小组件的持续挑战 — 这是由用户对更纤薄、更紧凑和越来越坚固的封装中高性能不断变化的期望所驱动的。

第五，非接触性连接。

360 度旋转工业机械臂的最佳连接器是什么？在未来几年内，答案可能是“不存在”。非接触式连接可以提供不受束缚的运动自由，同时消除了涉及重复手动配接和分离的任务。通过磁感应耦合在短距离传输电力和信号，在汽车、工业和消费电子等行业中具有数百种潜在应用。

尽管非接触式连接仍然是一项新兴技术，但与传统的机械连接器相比，它最终可以提高可靠性、增加耐用性并降低成本。

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