快插自鎖型N連接器設計分析
發布時間:2011-02-28 來源:安諾生
N連接器的中心議題:
在射頻同軸連接器家族中,應用最廣泛的中功率連接器就是 N 型。普通N 型的工作頻段是DC-11GHz,而精密N 型可以工作到18GHz。傳統的N 型是螺紋連接方式,使用時不夠便捷並且需要專用工具,一款可以快速連接並且性能出色的快插自鎖的 N 型連接器可以解決這個問題。
1. 設計原則
自從 20 世紀40 年代Paul Neill 在貝爾實驗室發明N 型連接器以來,曆經工程師們的不斷改進,N 型連接器才達到了現在出色的電氣性能。基於當前N 型連接器的性能表現,我們認為QUICK LOCK-N 的設計應該遵循以下兩個原則:
1) 保持N 型連接器的基本性能,如性能參數、電氣性能、機械性能、防護等級等。
2) 從設備小型化、材料節省的角度出發,要求連接器的結構要更簡單小巧。
2. QL-N 發展沿革
有了以上的設計原則,我們來研究一下QL-N 設計曆史沿革中陸續出現的三款典型設計,它們分別是QLF’S QN、SnapN 和HPQN。
我們通過這三種快插N 型與普通N 型的性能對比,從而給代替普通N 型的三種設計一個評價。
a) QLF’S QN
1) 2002 版本QLF’S QN (如圖1)
優點:能實現快插、自鎖功能,並有一個密封圈(Seal Ring)。
存在問題:外導體接觸端麵有間隙(A1 處),外導體處在不穩定狀態,使特性阻抗不連續。[page]
2) 2003 版本QLF’S QN (如圖2)
優點:利用波浪墊圈 B2 的彈性來消除接觸端麵的間隙,外導體接觸比2002 年版本有改進。
存在問題:外導體(A2 處)接觸點僅為有限的幾個點,特性阻抗不連續,高頻性能較差。
3) 2004 版本QLF’S QN (如圖3)

進步:由波浪墊圈改為碟形彈簧片 B3,外導體接觸由幾個點擴展成一個圈,接觸壓力也有所改善。
存在問題:在接觸點處 A3 的特性阻抗仍不能連續,高頻特性仍較差。
最新04 版本的QN 已經在一些WIRELSS BASESTATION 應用,但通過以上分析可見其Spring Lock 設計上的致命缺陷,導致了外導體間阻抗的不連續,從而隻能應用在不超過3GHz 的一些場合。
總體而言,三個版本的QN 設計實現了塊插自鎖,這無疑是一大進步;但由於上述兩個弊病,QN 隻能在某些特定的場合替代N 型,而不能實現對N 的完全替代。[page]
b) SnapN (如圖4)
也許是意識到 QN 的設計缺陷會導致應用場合的局限,作為有權使用QN 設計的QLF 聯盟成員之一的ROSENBERGER 並沒有放棄對QUICKLOCK-N 更佳設計的追求,06 年他們在剛剛加入QLF 後就推出了更新版SnapN 設計,這個設計的特色是:
1) zhegeshejiqiaomiaodibadanhuangpianshezhizaigongtouwaidaotihoubu,ranggongmutoudewaidaotiduanmianzhijianshixiangangxingjiechu,congerdadaoduanmianlingjianxi,wanquanfuhepingmianjietoudeshejiyuanze,shijietouxingnengdedaojiaodatigao,zheyuQN 把簧片設置在兩外導體端麵之間相比,顯然是一個進步。
2) 母頭保留了5/8’’外螺紋,可以跟標準N 公頭相配。
由圖可見 SnapN 的公母頭相配後,外導體阻抗是連續的,並且端麵之間因彈簧作用而保持接觸壓力, 這樣的設計符合 RF 接頭設計的基本原則,所以較之QN,SnapN 的應用範圍更廣。
但跟傳統的螺紋連接的N 相比,SnapN 還是有局限性。我們知道 SnapN 外導體端麵之間的接觸壓力由其彈簧A 提供--ROSERBERGER 提供的數據是30N,根據力的相互作用原理,我們可以知道接頭的結合力也是30N。在某些應用場合,由於粗重電纜的擺動,傳導到接頭的作用力很容易超30N,一旦超過這個臨界力,外導體端麵之間會發生瞬時分離,而影響信號傳輸。那是否能提高這個臨界力呢?我們知道,彈簧A 對外導體端麵提供的接觸壓力與接頭的結合力是等量的,如果我們增加彈簧作用力---比如增加到100N,那意味著接頭結合力也達到100N,顯然,匹配一對接頭需要用100N 的力氣是讓人無法接受的。
另外一點不完美的地方是 SnapN 的外導體是裸露在外部環境中的,並銑了四分槽,這會容易導致碰撞變形。從製造成本來說,SnapN跟QN 比沒有優勢,甚至略有超出。
可以看出,由於SnapN 保留了N 型的基本性能和參數,已經可以在大多數場合替代N 型。但上述瑕疵的存在表明,要實現對N 型的完全替代,SnapN 的設計還需要改進。
c) HPQN (如圖 5)
繼 SnapN 之後,07 年Anoison 推出了HPQN 設計,該設計在公頭內嵌入一雙齒環碟形鎖緊片(如圖6),當公頭和母頭配合後, 固定在公頭上的雙齒環碟形鎖緊片緊扣在母頭斜麵上,其內齒的端麵對母頭產生推力作用,使外導體的端麵之間緊密接觸,間隙為0。bingqieshuangchihuandiexingsuojinpianxianglindeneichichangduyouchayi,shisuojinshineichitingliuzaimutouxiemiandebutongyuanzhoushang。zhezhongshejiliyongshuangchihuandiexingsuojinpianneichidedanlihemutouxiemiandezhichengli,qiaomiaodishixianlegongtouhemutouduanmianzhijiandebaochilihejiechuyali,bingnengdadaofeichanghaodekangzhenxiaoguo。gaishejidelixueyuanlihenjiandan,danshisuojinpianyumutouxiangduizuijiaweizhideshujuxuyaojinglidaliangdeshiyan。
我們知道,傳統N 型之所以能達到DC-11GHZ,是因為其接觸界麵間隙為零,阻抗連續。Anoison 新設計的HPQN 遵循這一規則,實現了外導體端麵的剛性接觸,達到了接觸端麵零間隙的目的,由此保證了阻抗連續,保持了N 型的性能指標。
綜上可見,HPQN 是繼QLF’S QN, SNAPN 之後的最新一代的QL-N 設計,能在各種應用場合全麵地替代傳統N 接頭而不犧牲任何性能。但還不能說HPQN 一定能成為N 的最終替代者。QL-CONNECTOR 市場的巨大需求,讓製造商在短短的幾年內就陸續推出了三款QL-N 設計,激烈的市場競爭必定促使各廠家不斷加強研發力度,將來是否會有更好的設計替代HPQN,我們拭目以待。
- 快插自鎖 N 型連接器的設計
- QLF’S QN設計
- SnapN設計
- HPQN設計
在射頻同軸連接器家族中,應用最廣泛的中功率連接器就是 N 型。普通N 型的工作頻段是DC-11GHz,而精密N 型可以工作到18GHz。傳統的N 型是螺紋連接方式,使用時不夠便捷並且需要專用工具,一款可以快速連接並且性能出色的快插自鎖的 N 型連接器可以解決這個問題。
1. 設計原則
自從 20 世紀40 年代Paul Neill 在貝爾實驗室發明N 型連接器以來,曆經工程師們的不斷改進,N 型連接器才達到了現在出色的電氣性能。基於當前N 型連接器的性能表現,我們認為QUICK LOCK-N 的設計應該遵循以下兩個原則:
1) 保持N 型連接器的基本性能,如性能參數、電氣性能、機械性能、防護等級等。
2) 從設備小型化、材料節省的角度出發,要求連接器的結構要更簡單小巧。
2. QL-N 發展沿革
有了以上的設計原則,我們來研究一下QL-N 設計曆史沿革中陸續出現的三款典型設計,它們分別是QLF’S QN、SnapN 和HPQN。
我們通過這三種快插N 型與普通N 型的性能對比,從而給代替普通N 型的三種設計一個評價。
a) QLF’S QN
1) 2002 版本QLF’S QN (如圖1)

優點:能實現快插、自鎖功能,並有一個密封圈(Seal Ring)。
存在問題:外導體接觸端麵有間隙(A1 處),外導體處在不穩定狀態,使特性阻抗不連續。[page]
2) 2003 版本QLF’S QN (如圖2)


存在問題:外導體(A2 處)接觸點僅為有限的幾個點,特性阻抗不連續,高頻性能較差。
3) 2004 版本QLF’S QN (如圖3)


存在問題:在接觸點處 A3 的特性阻抗仍不能連續,高頻特性仍較差。
最新04 版本的QN 已經在一些WIRELSS BASESTATION 應用,但通過以上分析可見其Spring Lock 設計上的致命缺陷,導致了外導體間阻抗的不連續,從而隻能應用在不超過3GHz 的一些場合。
總體而言,三個版本的QN 設計實現了塊插自鎖,這無疑是一大進步;但由於上述兩個弊病,QN 隻能在某些特定的場合替代N 型,而不能實現對N 的完全替代。[page]
b) SnapN (如圖4)
也許是意識到 QN 的設計缺陷會導致應用場合的局限,作為有權使用QN 設計的QLF 聯盟成員之一的ROSENBERGER 並沒有放棄對QUICKLOCK-N 更佳設計的追求,06 年他們在剛剛加入QLF 後就推出了更新版SnapN 設計,這個設計的特色是:
1) zhegeshejiqiaomiaodibadanhuangpianshezhizaigongtouwaidaotihoubu,ranggongmutoudewaidaotiduanmianzhijianshixiangangxingjiechu,congerdadaoduanmianlingjianxi,wanquanfuhepingmianjietoudeshejiyuanze,shijietouxingnengdedaojiaodatigao,zheyuQN 把簧片設置在兩外導體端麵之間相比,顯然是一個進步。
2) 母頭保留了5/8’’外螺紋,可以跟標準N 公頭相配。

由圖可見 SnapN 的公母頭相配後,外導體阻抗是連續的,並且端麵之間因彈簧作用而保持接觸壓力, 這樣的設計符合 RF 接頭設計的基本原則,所以較之QN,SnapN 的應用範圍更廣。
但跟傳統的螺紋連接的N 相比,SnapN 還是有局限性。我們知道 SnapN 外導體端麵之間的接觸壓力由其彈簧A 提供--ROSERBERGER 提供的數據是30N,根據力的相互作用原理,我們可以知道接頭的結合力也是30N。在某些應用場合,由於粗重電纜的擺動,傳導到接頭的作用力很容易超30N,一旦超過這個臨界力,外導體端麵之間會發生瞬時分離,而影響信號傳輸。那是否能提高這個臨界力呢?我們知道,彈簧A 對外導體端麵提供的接觸壓力與接頭的結合力是等量的,如果我們增加彈簧作用力---比如增加到100N,那意味著接頭結合力也達到100N,顯然,匹配一對接頭需要用100N 的力氣是讓人無法接受的。
另外一點不完美的地方是 SnapN 的外導體是裸露在外部環境中的,並銑了四分槽,這會容易導致碰撞變形。從製造成本來說,SnapN跟QN 比沒有優勢,甚至略有超出。
可以看出,由於SnapN 保留了N 型的基本性能和參數,已經可以在大多數場合替代N 型。但上述瑕疵的存在表明,要實現對N 型的完全替代,SnapN 的設計還需要改進。
c) HPQN (如圖 5)
繼 SnapN 之後,07 年Anoison 推出了HPQN 設計,該設計在公頭內嵌入一雙齒環碟形鎖緊片(如圖6),當公頭和母頭配合後, 固定在公頭上的雙齒環碟形鎖緊片緊扣在母頭斜麵上,其內齒的端麵對母頭產生推力作用,使外導體的端麵之間緊密接觸,間隙為0。bingqieshuangchihuandiexingsuojinpianxianglindeneichichangduyouchayi,shisuojinshineichitingliuzaimutouxiemiandebutongyuanzhoushang。zhezhongshejiliyongshuangchihuandiexingsuojinpianneichidedanlihemutouxiemiandezhichengli,qiaomiaodishixianlegongtouhemutouduanmianzhijiandebaochilihejiechuyali,bingnengdadaofeichanghaodekangzhenxiaoguo。gaishejidelixueyuanlihenjiandan,danshisuojinpianyumutouxiangduizuijiaweizhideshujuxuyaojinglidaliangdeshiyan。
我們知道,傳統N 型之所以能達到DC-11GHZ,是因為其接觸界麵間隙為零,阻抗連續。Anoison 新設計的HPQN 遵循這一規則,實現了外導體端麵的剛性接觸,達到了接觸端麵零間隙的目的,由此保證了阻抗連續,保持了N 型的性能指標。

綜上可見,HPQN 是繼QLF’S QN, SNAPN 之後的最新一代的QL-N 設計,能在各種應用場合全麵地替代傳統N 接頭而不犧牲任何性能。但還不能說HPQN 一定能成為N 的最終替代者。QL-CONNECTOR 市場的巨大需求,讓製造商在短短的幾年內就陸續推出了三款QL-N 設計,激烈的市場競爭必定促使各廠家不斷加強研發力度,將來是否會有更好的設計替代HPQN,我們拭目以待。
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