应用形式如图1，图2 所示。图1 装配在垂直状态，bullet 在slide 座子中可以上下滑动±1mm，从而调节长度以适应板上下间距的偏差。图2 在径向上可有角度偏移3°，以适应板的平行错位偏差。图3 是Slide 端插入前示意图。通过板与板的垂直连接将RF 信号从一块电路板传输到另一块上。略作改动还有一些典型的应用，如图4 和图5所示。图4 中间的bullet 可以穿过一些结构进行连接，譬如某些滤波器腔体。图5 SMP － MAX 板对板连接器还可以多重组合连接。信号传输从: PA( 功放) － ＞ filter ( 滤波器) ＇ TRx ( 收发组件) 。两块板之间的小信号传递应用就更加容易。

图1 轴向容差

图2 径向容差

由于整机应用于不同的PCB，连接器连到不同的PCB 射频性能差别非常之大，其原因是传输电路的不匹配。不是仅仅靠改变PCB Layout 就能适应的。所以必须根据使用要求针对连接器、PCBLayout 进行整体协同设计，在不同的容差下都能保证良好的射频性能。

图3 Slide 端插入前示意图

3 设计原理

3． 1 连接器元件界面介绍

一个snap 界面座子与bullet 固定连接，只可作径向移动，不可作轴向移动，一个slide 座子界面是浮动的，转接器bullet 可在其中作轴向和径向移动。slide 界面的定义如图6 所示，这是雷迪埃公司的一个专利界面。从机械层面可以滑动拉伸和倾斜bullet，从而适应板间纵向距离和平行错位的容差。

但是，对于在射频频段工作的连接器来说，这种拉伸的方法势必带来阻抗的严重不匹配，造成了一段高阻抗的空气段。为了能够正常工作，最重要的是必须作补偿，在整个拉伸过程中平衡轴向移动距离与驻波比。在距离H = 0mm 状态时该区域呈现容性，中间状态H = 1mm，这个区域基本阻抗匹配，最大距离状态H = 2mm 时呈现感性。频率越高，失配就越严重。

图6 slide 界面定义

3． 2 连接器元件的初步设计

首先，对每个元件的内部尺寸分别进行初步设计，根据板与板间距离和特征阻抗公式，决定三个连接器各自的长度、轴向容差范围，此处为±1mm，从而保证总长度L。然后初步计算各处同轴线的长度、内部直径以及绝缘子的长度、内部直径，各传输段特性阻抗尽量为50ohm。阻抗设计公式如下:

A． 传输段特征阻抗的设计，尽量减少阻抗不连续性，保持一致。截面特性阻抗近似公式为:

式中，Z0 － 理想同轴线的特征阻抗，单位Ω，D － 外导体内经，d － 内导体外经，ε － 介质相对介电常数绝缘子选用PTFE，介电常数约为2．08。

B． 连接器内部不可避免的阻抗不连续性，台阶处采用通常的错位设计。预置△以抵消台阶造成的附加电容。后面总体设计中会对该△进行优化。

图7 内部错位设计

C． 与两个连接器互插部分相连处的补偿设计。特别是slide 插入处，用其后两边的容性阻抗补偿拉伸造成的高感抗。高感抗部分如图13 所示的一段高阻抗空气段H。

3． 3 连接器元件与PCB 的整体仿真设计

将三个连接器装配在一起，如图8 所示。但是这是连接PCB 的连接器，如果只对三个连接器组件仅在PCB 焊接处之前的切面端口同轴段部分进行仿真设计，如图8 所示。即使连接器本身以及三个相连的连接器组件本身内部完全阻抗匹配，结果也是不正确的。更何况它们自身阻抗也是不匹配的。尤其在连接器与PCB 相连处，通常阻抗是相当不匹配的，对射频性能产生至关重要的影响。如

果这部分的影响不消除，射频性能会非常差。实际与电路板的系统应用无法进行。

图8 一套三个连接器装配图

图9 切平同轴端口

PCB 与连接器中心针可有几种连接方式，既可共面也可异面连接。

图10 表贴传输线与中心针共面

图11 穿孔传输线与中心针共面或异面

SMP － MAX 连接器电路板组件由于元件较多，结构复杂，内部电磁场相互影响，必须作为一个整体系统来设计，达到整体传输线的匹配。我们采用微波仿真软件CST，整体建立三维模型，进行电磁场仿真和设计，协同设计连接器与电路板。先代入上所述初步设置的尺寸参数，然后仿真时设置变量，同时调整和优化连接器元件内部结构和尺寸以及PCB layout 形状和尺寸。对H = 0mm，1mm 和2mm 轴向容差分别优化，统一协调。平衡各种结构尺寸，不同容差和电压驻波比的数值。设计的连接器的容差是可以连续变化的，但仿真仅对中间状态和两个极限状态进行，足以涵盖整个容差范围的驻波变化情况。

本设计PCB 电路采用微带线结构，连接器穿孔到另一面与反面的微带线焊接相连。PCB 是Rogers 4350B，0． 762mm，双面1oz． 敷铜。

如图12、图13 所示，设计仿真过程是对绿线方框中的连接器本身尺寸的设计，蓝线椭圆框是对连接器与PCB 连接部分连接器本身尺寸和PCBLayout 形状和尺寸进行补偿设计。连接器本身设计包括绝缘子长度、中心针外经尺寸和外腔内经尺寸及台阶变换位置和错位△大小的设计，及高抗H处的补偿设计。改变参数对结构进行仿真、调整、优化。仿真模型还要考虑实际的可实现性，以及机械性能，比如保持力，所以中心针不可太细，绝缘子和中心针必须有定位结构，如倒刺，滚花等，它们造成的尺寸变化应该作为仿真考虑的因素之一。

PCB 的设计包括连接方式，传输线形式，材料介电常数选取，板厚、正反面Layout 形状、线宽、过孔、焊盘尺寸的仿真。下面是模型结构和最终优化的射频驻波结果。

图12 3D 模型整体示意图

图13 3D 模型仿真内部结构图

图14 H = 0mm 状态下的驻波最终仿真曲线

图15 H = 1mm 状态下的驻波最终仿真曲线

图16 H = 2mm 状态下的驻波最终仿真曲线

经过反复优化最终达到在中间值与极限值状态在6GHz 以内驻波比均小于1.25。

3． 4 测试夹具的设计

测试夹具对最终射频性能的确认是相当重要的。夹具不合适或装配不好均会影响性能。

图17 测试夹具

1) 测试架上开有槽，可通用于电路板正装和反装

2) 本例电路板反装，PCB 板上的微带线面向槽放置，板用螺钉固定在测试夹具上。

3) 边缘安装同轴微带SMA 连接器，通过法兰盘上的孔由螺钉固定在测试架侧边。测试架可以轴向和径向偏移。该测试架设计了三路通道，是为了测试中便于比较个体的差异。

4 设计结果

4． 1 实物照片

图18 所设计的连接器元件实物

图19 PCB 板优化后设计的实物正反面

图20 设计的测试夹具及整体装配实物

4． 2 样品测试结果

实际制作了样品，对连接器与PCB 组件进行了测试。与仿真结果基本吻合。

测试在Anritsu 37269D 网络分析仪上完成。整个测试组件包括一套3 个SMP － MAX 连接器，两块PCB 板，以及两个微带转同轴的SMA 连接器。SMA 输入输出直接连接到仪器的两个端口上测试，其结果如下:

由于测试中插损包含了两块附加微带线长度均为40． 5mm 的PCB 板和两个SMA 连接器的损耗，这个介质损耗和PCB 板长度有关。所以，设计的一组SMP － MAX 三个连接器与PCB 板连接本身造成的插损应该扣除这个损耗。为扣除微带线长度带来的附加插损，制作了参考PCB 如图21 所示，长度等于前述连接器PCB 板微带线长度的两倍。扣除之后，一组SMP － MAX 三个连接器与PCB 板组件连接的插损在6GHz 以内小于0． 15dB。两个插损差别太小，很难非常精确测定。这里仅给出了一个量级。驻波比与插损曲线:

图21 两倍长PCB + 两个SMA 连接

图22两倍长PCB + 两个SMA 连接器的插损

5 结论:

由于SMP － MAX 应用于通讯领域板与板的连接方式不同，用户的电路板不同。所以针对应用场合，整体设计很有必要，而且有着广泛的应用前景。

专注于射频微波/高频高速技术，是该专业领域最大的技术交流和信息分享平台。由资深射频高速专家，深圳励知科技【专业射频高速PCB设计服务】徐兴福创建，公司主要从事射频通信高频高速 PCB Layout（包括普通PCB）设计外包，信号完整性仿真，Rogers/FR4 PCB加工，业务邮箱 [email protected]返回搜狐，查看更多