MIL、IEC、ESA标准中使用频率为18GHz的TNC型射频同轴连接器界面比较.doc

MIL、IEC、ESA标准中
使用频率为18GHz的TNC型射频同轴连接器界面比较
中国电子科技集团公司第四十研究所 乔长海

摘要：本文对MIL、IEC、ESA标准中使用频率为18GHz的TNC型射频同轴连接器界面进行了结构尺寸的比较，对各部分进行了上限截止频率的验算、比较。指出了它们之间的不同之处。
关键词：界面 上限截止频率 比较

1 概述
射频同轴连接器是一种特殊的同轴传输线，在传输系统中起到连接和断开传输系统的作用，同时还应满足传输系统的其它一些相关的性能要求，如电性能、耐环境性能等。
随着科学技术的发展、整机系统水平的提高，对射频同轴连接器高性能的要求也越来越迫切。
TNC系列射频连接器是一种螺纹连接（7/16-28UNEF）的射频同轴元件，螺纹连接为界面结合处的泄漏防护提供了条件，同时也为保持插合状态下的界面稳定性提供了保障。其优点明显，所以受到广大设计师们的青睐，使用范围非常广泛，在数据通讯等领域得到普遍应用。
目前，常用的特性阻抗为50Ω的TNC型连接器有使用频率分别为11GHz和18GHz两种。而后者是在前者的基础上，通过界面的改进形成的。MIL、IEC、ESA标准对使用频率为18GHz的TNC型连接器进行了规定。那么，3个标准的规定有什么差别呢？笔者对3个标准中的连接器界面进行了分析对比，并进行了相关计算，供广大设计师们参考。
2 界面结构及尺寸比较
对于使用频率为18GHz、特性阻抗为50Ω的TNC型射频同轴连接器，IEC60169-26（1993）、MIL-STD-348A（1988）第313部分、ESA/SCC3402/008～009均给出了插针接触件和插孔接触件连接器界面。3个标准中空气介质的界面结构见图1和图2。由图1和图2可以看出，除MIL标准中规定了绝缘支撑的安装方式外，IEC60169-26、MIL-STD-348A规定的界面尺寸基本相同，所以主要对MIL-STD-348A与ESA/SCC3402
/008～009所给出的界面进行对比。

IEC标准界面
MIL标准界面

ESA标准界面

尺寸
MIL
IEC
ESA
min
max
min
max
min
max
A
11.18
--
11.18
--
11.40
11.60
B
7.98
8.08
7.98
8.08
8.03
8.09
C
6.05
6.15
6.05
6.15
6.18
6.22
D
1.32
1.37
1.32
1.37
1.34
1.36
E
5.28
--
5.28
--
5.35
5.50
F
5.38
--
5.38
--
--
--
G
5.28
--
5.28
--
5.28
5.38
H
0.08
1.02
0.08
--
0.35
0.90
K
1.98
--
1.98
--
--
--
M
--
1.98
--
1.98
-0.30
0.55
N
1.60
--
1.60
--
1.50
2.40
P
3.96
--
3.96
--
--
--
R
--
0.64
--
0.64
0.35
0.65
d
--
--
--
--
1.62
1.66
D1
--
--
--
--
5.28
5.32

图1 插针接触件连接器界面

IEC标准界面
MIL标准界面

ESA标准界面

尺寸
MIL
IEC
ESA
min
max
min
max
min
max
A
9.60
9.68
9.60
9.68
9.61
9.68
B
8.79
9.04
8.79
9.04
--
--
C
8.31
8.46
8.31
8.46
9.32
9.46
D
8.10
8.15
8.10
8.15
8.10
8.15
E
4.62
4.72
4.62
4.72
4.68
4.72
F
1.73
2.24
1.73
2.24
1.80
2.20
G
8.31
8.51
8.31
8.51
8.34
8.46
H
4.75
--
4.75
--
--
--
J
5.03
5.28
5.03
5.28
4.98
5.23
K
--
0.15
--
0.15
0.17
0.23
L
4.95
--
4.95
--
4.22
5.26
M
2.13
2.21
--
--
2.14
2.18
N
--
5.84
--
--
6.05
6.15
P
5.03
5.28
5.03
5.28
5.18
5.28
R
10.52
--
10.52
--
--
--
S
0.38
0.76
0.38
0.76
--
--
T
4.57
4.98
4.57
4.98
--
--
U
--
2.34
--
2.34
2.14
2.18
V
--
--
--
--
1.43
1.47
d
--
--
2.13
2.18
--
--
D1
--
--
--
--
6.975
7.025
图2 插孔接触件连接器界面
2.1 插针接触件结构与尺寸
插合段：
MIL标准规定了插针端部的倒角为55°～66°及1°～4°的锥面，直段部分的最小长度为1.98mm。ESA标准则对端部的倒角角度没有明确的规定，也没有给出锥面过渡部分，但在试验用连接器界面中给出了插针端部的倒角为55°～65°及1°～3°的锥面。
功能段（非插合段）：
MIL标准规定的外径尺寸为φ1.32～φ1.37，而ESA标准规定的值则为φ1.34～φ1.36，可见ESA标准比MIL标准规定的精度高的多。
2.2插孔接触件尺寸
MIL标准：插合部分的插孔外径最大值为φ2.13～φ2.21；对开槽和收口的规定为“当与直径为φ1.32～φ1.37的插针插合时，直径要满足要求”；尾部给出了变细的结构，但没有规定具体尺寸。
IEC标准：没有规定插合部分的插孔外径尺寸；尾部给出了变细的结构，也规定了尺寸φ2.13～φ2.21（注：可能有误，该值与MIL标准中的插合部分的插孔外径尺寸相同，且通过后面的计算发现，若为尾部尺寸，则上限截止频率达不到18GHz，应与MIL标准中的标准位置相同，即为插合部分的插孔外径尺寸）；规定了开槽前的插孔的孔径φ1.38～φ1.41；并对开槽的数量、尺寸及位置精度进行了具体规定。
ESA标准：插合部分的插孔外径为φ2.14～φ2.18；规定了插孔内孔的尺寸为φ1.43～φ1.47；尾部直径与插合段尺寸相同（没有规定变细）。
主要不同在于：ESA标准规定的尺寸精度更高，插孔尾部没有规定变细。
2.3 插针连接器外接触件
MIL标准：外径尺寸为φ7.98～φ8.08，内径尺寸为φ6.05～φ6.15；开槽/不开槽任选，选用开槽时，涨口后要满足电气和机械性能要求。
ESA标准：外径尺寸为φ8.03～φ8.09，内径尺寸为φ6.18～φ6.22；采用不开槽方式。
主要区别在于：ESA标准规定的内径尺寸比MIL标准规定的值稍大，精度更高，明确规定不开槽。
3 上限截止频率的验算与比较
3.1 MIL标准中的TNCA型连接器
3.1.1 插孔接触件连接器与插针接触件连接器插合部分
插孔接触件连接器与插针接触件连接器插合部分为混合介质段（外层为空气介质、内层为聚四氟乙烯介质），见图3。因此此段的介电常数是一个混合介质的等效介电常数。由于要保证此段的电性能，此段的特性阻抗也应满足50Ω要求，所以可以根据公式（1）计算出此段的等效介电常数。

图3 插孔接触件连接器与插针接触件连接器插合示意图
（1）
其中：Z0-----特性阻抗，50Ω
εr----介质的相对介电常数
D-----外导体的内径
d------内导体的外径
注：为了统一计算标准，所有尺寸取标准中给出的尺寸范围的中间值。
则 εr复合===1.538
为了方便后面的验算，此处根据公式（2）计算出聚四氟乙烯介质的相对介电常数。
εr复合= （2）
而在此插合段，仅为两种介质复合，所以公式（2）可以简化为公式（3）。
εr复合= （3）
可以计算出MIL标准中，TNCA型连接器使用的聚四氟乙烯介质的相对介电常数εr聚四氟=1.89。
连接器上限截止频率主要取决于连接器外导体内径尺寸、内导体外径尺寸、介质的相对介电常数，见公式（4）。
（4）
其中：fc-----上限截止频率
ε----介质的相对介电常数
D-----外导体的内径
d------内导体的外径
则 插合段的上限截止频率fc=18.99GHz。
3.1.2插针接触件连接器非插合段
MIL标准的TNCA插针接触件连接器界面图中，并没有规定外导体内径和内导体外径的具体值，因此，假设此段满足上限截止频率为18GHz的要求，并通过公式（4）计算内导体外径与外导体内径之和，并结合公式（1）计算出具体值，看是否满足结构要求。
则 D+d==7.87
结合公式（1），计算出D=5.97 d=1.9。
参考界面图的相关尺寸可见，该段结构可以满足18GHz使用频率要求，并可通过适当减小D+d的值，进一步提高该段的上限截止频率。
3.1.3 插孔接触件连接器非插合段
此段与插针接触件连接器非插合段结构类似，计算方法相同，不再重复。
3.2 IEC标准中的TNC18GHz型连接器
TNC18GHz型连接器插合段、插针接触件连接器非插合段与TNCA型连接器相应部分的结构尺寸基本相同，上限截止频率也基本一样，不进行重复计算。而插孔接触件连接器非插合段，由于规定了内导体的外径d=φ2.13～φ2.21（可能有误，前面已有说明），所以就确定了该段的外导体内径和上限截止频率。
取d=φ2.17；εr=1.89，保证特性阻抗为50Ω。
根据公式（1），D=φ6.82。
根据公式（4），fc=15.76GHz。
3.3 ESA标准中的使用频率为18GHz的TNC型连接器
3.3.1 插孔接触件连接器与插针接触件连接器插合部分
插孔接触件连接器与插针接触件连接器插合部分，与MIL标准中的一样，也为混合介质段。
根据公式（1）和公式（3）可以计算出：
εr复合=1.587
εr聚四氟=2.016
取D=6.2，d=2.16
则此段的上限截止频率fc=18.47GHz。
3.3.2插针接触件连接器非插合段
ESA标准的插针接触件连接器界面图中，给出了内导体的外径尺寸d=1.62～1.66，同时给出了外导体的内径D=5.28～5.32。
取d=1.64，D=5.30。
根据公式（1），Z0=49.57。
根据公式（4），fc=19.77GHz。
3.3.3 插孔接触件连接器非插合段
ESA标准对此段的尺寸进行了规定，内导体的外径尺寸d=2.14～2.18，同时给出了外导体的内径D=6.975～7.025。
取d=2.16，D=7.00。
根据公式（1），Z0=49.67。
根据公式（4），fc=14.975GHz。
4 结语
除个别地方有差别外，MIL标准中的TNCA型连接器与IEC标准中的TNC18GHz型连接器的界面结构尺寸基本相同。而ESA标准中规定的界面尺寸与MIL、IEC的规定有所差别，主要为部分尺寸的差别及尺寸精度的差别，ESA规定的尺寸精度高于MIL、IEC规定的尺寸精度。
ESA标准规定的插孔接触件连接器界面中的非插合部分，由于给出了内导体的外径和外导体的内径尺寸，该段的上限截止频率仅能达到15GHz左右，因此选用此界面结构时，应对此段采取合理的措施，进行适当的处理，否则不能满足上限截止频率为18GHz的要求。

参考文献
1．GJB5246-2004 《射频连接器界面》 总装备部军标出版发行部 2005年7月
2．李明德 《扩频连接器及扩频方法》 连接器与开关第七届学术会议论文集 2002年9月
3．ESA/SCC3402/008详细规范
4．ESA/SCC3402/009详细规范

作者简介：
乔长海，男，1969年生，92年毕业于西安交通大学。一直从事元器件的设计、生产及标准化工作，高级工程师，现任中国电子科技集团公司第四十研究所情报标准化中心主任，中国电子元件行业协会电接插元件分会副秘书长、培训中心主任。

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