新型大功率小型化射頻連接器IEC61169-53國際標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)解析
一種新型大功率小型化的射頻連接器IEC61169-53(S7-16型)國際標(biāo)準(zhǔn)已于2015年9月由IEC/TC46國際電工委員會(huì)組織批準(zhǔn)并發(fā)布,已成為一項(xiàng)正式的國際標(biāo)準(zhǔn)。本文就該標(biāo)準(zhǔn)的起草背景,以及該標(biāo)準(zhǔn)與原有同類和相近的國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61169-4(7-16型)、IEC61169-11(4.1-9.5型)、IEC61169-54(4.3-10型)其相同與不同之處做出了分析比較與說明;同時(shí),本文對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)所衍生出的快插兼容及現(xiàn)場(chǎng)快速防水封裝方法也作了簡要介紹。
一、背景
該標(biāo)準(zhǔn)是于2012年由吳通控股集團(tuán)股份有限公司和中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院聯(lián)合提出的。射頻連接器是一種移動(dòng)通信系統(tǒng)不可缺少的射頻互連器件,又是一種端口電子元件;必須滿足國際市場(chǎng)范圍的互連互換。然而,隨著近幾年來全球移動(dòng)通信事業(yè)的迅猛發(fā)展,其產(chǎn)品小型化的要求更是日趨高漲,尤其是7-16型大功率連接器的小型化,實(shí)為一個(gè)空白。但是,出于對(duì)大功率小型化的需求,業(yè)內(nèi)則普遍將IEC60169-11(4.1-9.5型)射頻連接器冒稱為Min-DIN;隨后出現(xiàn)的IEC60169-54(4.3-10型,其正式國際標(biāo)準(zhǔn)仍在進(jìn)行中)也被稱之為Min-DIN。然而,按早期1975年所發(fā)布的國際標(biāo)準(zhǔn)(IEC60169-4)所規(guī)范的7-16型射頻連接器,歷史上則一直簡稱為DIN型連接器。因此,該標(biāo)準(zhǔn)的批準(zhǔn)和發(fā)布實(shí)屬真正意義上的Min-DIN。
在本文以下的分析比較中,您可以看到7-16型與S7-16其電氣特性完成相同,而S7-16型與4.1-9.5型(和4.3-10型)則在電氣機(jī)械等特性,以及應(yīng)用場(chǎng)合等方面有許多不同之處,而區(qū)別這些不同對(duì)于我們高效合理的選型與應(yīng)用是非常必要的。
二、S7-16型射頻連接器及其衍生產(chǎn)品
S7-16型射頻連接器其界面為螺紋連接的結(jié)構(gòu),其衍生產(chǎn)品增設(shè)了快插連接結(jié)構(gòu);其外導(dǎo)體內(nèi)徑為16mm,內(nèi)導(dǎo)體外徑為7mm,特性阻抗50Ω;當(dāng)螺紋連接時(shí)為M22×1,當(dāng)快插連接時(shí)為若干個(gè)滾珠,即S7-16型母頭端具備螺紋剛性連接和滾珠彈性連接的雙重性。
兩種形式的連接結(jié)構(gòu)與安裝方式 詳見圖1。
圖1、兩種形式的連接結(jié)構(gòu)與方式
從上述圖1中可見:
1、兩種連接結(jié)構(gòu)中的母頭均為同一個(gè)構(gòu)件,設(shè)置有外螺紋和滾珠槽面,支持螺紋連接(借助板手工具)和快插連接(僅單徒手)的雙重性安裝方式;
2、在螺紋連接結(jié)構(gòu)中,其電氣連接為軸向剛性接觸;而在快插連接中,其電氣連接為徑向彈性接觸。
3、快插連接結(jié)構(gòu)應(yīng)用了若干個(gè)滾珠,其連接的可靠性和快捷性有了保證;避免了三角卡簧結(jié)構(gòu)在擺動(dòng)拉力試驗(yàn)下出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象。
三、與7-16型(IEC61169-4)的差異
1、主要特性方面比較詳見表1。
表1、S7-16型與7-16型主要特性方面的差異
主要特性 | 7-16型 | S7-16型 |
特性阻抗 | 50Ω | 50Ω |
電氣接觸形式 | 剛性接觸 | 剛性接觸//彈性接觸 |
頻率范圍 | 7.5GHz | 7.5GHz @彈性接觸 8.0GHz @剛性接觸 |
射頻功率 | 1.2KW @1GHz 0.85KW @2GHz |
1.2KW @1GHz 0.85KW @2GHz |
回波損耗 | ≤20.8dB | ≤20.8dB |
屏蔽效率@1GHz | ≥114dB | ≥114dB |
互調(diào)@2×20W | ≤-168dBc | ≤-168dBc |
鎖緊機(jī)構(gòu) | 螺紋 | 螺紋//滾珠 |
連接機(jī)構(gòu)強(qiáng)度 | ≥1000N | ≥1000N |
正常連接力 | 18N.m~28N.m | 18N.m~28N.m @螺紋 ≤45N @滾珠 |
連接耐力矩 | ≥30N.m | ≥30N.m |
機(jī)械壽命 | ≥500次 | ≥500次 |
防護(hù)等級(jí) | IP68 | IP68 |
從表1中可見:
僅電氣接觸形式、鎖緊機(jī)構(gòu)和正常連接力矩不同(見表1中紅字所示),其余均相同。
2、外形尺寸及重量方面的比較詳見表2和圖2。
表2、S7-16型與7-16型外形尺寸及重量方面的差異
S7-16特點(diǎn) | 典型值 | 下降或提升幅度 |
更小的外形尺寸 | 25.4mm×25.4mm | 下降20%~40% |
更小的體積及重量 | 46g | 下降30%~40% |
更小的安裝尺寸 | 18.2mm×18.2mm | 下降27% |
更小的安裝密度(中心距) | 28mm | 提升20% |
注:當(dāng)不便于更改設(shè)備面板尺寸時(shí),也可以選擇不更改連接法蘭安裝尺寸,而僅將接口部分由7-16型升級(jí)為S7-16型即可。 |
圖2、安裝密度的圖示
從表2和圖2中可見:
S7-16型連接器在外形尺寸及重量、安裝中心距均有顯著的下降,從而使安裝密度得到了顯著的提升。
四、S7-16型與4.1-9.5型及4.3-10主要特性方面的差異
S7-16型與4.1-9.5型和4.3-10型連接器雖然特性阻抗均為50Ω,但由于外導(dǎo)體內(nèi)徑和內(nèi)導(dǎo)體外徑—這個(gè)重要參數(shù)的不同,所以,其它射頻傳輸特性也就大相徑庭。又由于4.1-9.5型和4.3-10型的外導(dǎo)體內(nèi)徑和內(nèi)導(dǎo)體外徑基本接近,所以,其4.1-9.5型和4.3-10型的射頻傳輸特性也基本相同。
為了便于簡要分析問題,我們選擇S7-16型與4.3-10作出了如下對(duì)比,詳見表3。
表3、S7-16型與4.3-10型的差異
主要特性 | S7-16 | 4.3-10 | 備注 |
特性阻抗 | 50Ω | 50Ω | |
電氣接觸形式 | 剛性接觸//彈性接觸 | 彈性接觸 | |
頻率范圍 | 7.5GHz @彈性接觸 8.0GHz @剛性接觸 |
6.0GHz | |
射頻功率 | 1.2KW @1GHz 0.85KW @2GHz |
0.7KW @1GHz 0.5KW @2GHz |
|
鎖緊機(jī)構(gòu) | 螺紋//滾珠 | 螺紋//三角卡簧 | 三角卡簧的缺陷是在擺動(dòng)拉力試驗(yàn)中脫落。 |
互調(diào)@2×20W | ≤-168dBc | ≤-168dBc | 剛性接觸通常優(yōu)于彈性接觸。 |
內(nèi)導(dǎo)體接觸電阻 | ≤0.4mΩ | ≤0.8mΩ | |
外導(dǎo)體接觸電阻 | ≤0.2mΩ | ≤1.2mΩ | |
絕緣電阻 | ≥10G | ≥5G | |
海平面耐電壓 | 4.0kV | 2.5kV | |
海平面工作電壓 | 2.7kV | 1.8kV | |
屏蔽效率@1GHz | ≥114dB | ≥110dB | |
注:由吳通控股集團(tuán)研發(fā)中心推出的Q4.1-9.5型系列連接器,為原4.1-9.5(IEC61169-11)同樣實(shí)現(xiàn)了上述圖1中所描述的連接結(jié)構(gòu)及安裝方式。 |
從表3可見:S7-16型與4.3-10型除特性阻抗和互調(diào)指標(biāo)基本相同外,其它特性及額定值均有很大的差異。因此,其應(yīng)用場(chǎng)合也就不同;不能將其混為一談,以防止不合理的應(yīng)用。
五、S7-16增設(shè)了現(xiàn)場(chǎng)快速防水封裝的設(shè)計(jì)
1、實(shí)現(xiàn)了連接器2秒鐘快速連接;
2、實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)2秒鐘全面的快速封裝。
3、由于實(shí)現(xiàn)了對(duì)連接器的全面封裝,所以,可以免除對(duì)室外連接器的表面噴塑料處理,從而進(jìn)一步降低了用戶的成本。詳見圖3與圖4,以及圖5與圖6。
圖3、與設(shè)備間的快速連接
圖4、與設(shè)備間的快速分離
圖5、與電纜間的快速連接
圖6、與電纜間的快速分離
六、本文綜述
1、本連接器IEC61169-53具有與7-16(IEC61169-4)相同的射頻傳輸特性,以及機(jī)械性能和環(huán)境性能,填補(bǔ)了現(xiàn)有國際標(biāo)準(zhǔn)射頻連接器型譜中一項(xiàng)大功率小型化的空白,是真正意義上的Min-DIN,另外快插兼容Q4.1-9.5連接器也已登陸市場(chǎng),為用戶提供了更佳的射頻互連系統(tǒng)解決方案。
2、具有螺紋剛性接觸或滾珠彈性接觸的兩種插合方式,改善和提升了傳統(tǒng)射頻互連的傳輸質(zhì)量,以及用戶工作效力。
3、具有快速連接和快速全面防水封裝特性,可以免除對(duì)室外連接器的表面噴塑料處理,從而進(jìn)一步降低了用戶的成本。
4、相比同類產(chǎn)品相比可提升效益10%~40%,可降低成本5%~30%;是移動(dòng)通信射頻連接器理想的更新升級(jí)產(chǎn)品。
作者:陳國華 劉建業(yè) 梁國,吳通控股集團(tuán)股份有限公司