剖析QLF快鎖接頭QMA和QN的設計得失

[b]——探索QMA和QN的設計方案[/b]

QUICK LOCK接頭的出現(xiàn)是行業(yè)的趨勢，具有重大意義，尤其是SMA，N的QUICK LOCK 版本QMA和QN，因為SMA和N是RF接頭主流的產(chǎn)品，幾乎占到RF 接頭市場份額的40%，一旦QMA和QN能做到跟現(xiàn)有SMA和N一樣的性能和成本，會地在很多應用場合替代SMA和N，這會是一個大的市場。
我們先從QUICK LOCK接頭的起源說起， N是射頻同軸接頭家族發(fā)明早，成熟，應用也廣的接頭。N的使用頻率DC-11GHz VSWR≤1.25；精密型N型接頭使用頻率DC-18GHz VSWR≤1.08。還有一種在N基礎上設計的APC-7精密平面接頭使用頻率DC-18GHZ VSWR≤1.003+0.002(f)GHZ。SMA也是RF CONNEOR家族的老成員，SMA的使用頻率：DC-18GHz VSWR≤1.3；見圖（1）
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由于SMA 和N頭連接方式都采用螺紋緊鎖方式，具有體積大，裝卸需要工具，速度慢，操作時需要留空間等缺點。一些通信設備商（比如KIA等）和軍方陸續(xù)傳遞出了對QUICK LOCK接頭QMA和QN的需求信息，因此行業(yè)內(nèi)陸續(xù)推出了一些QUICK LOCK設計的SMA 和N 接頭,我們稱之為QMA和QN. 這種設計力求具備節(jié)省裝卸時間，不用工具，省去了操作空間，能360°轉(zhuǎn)動,高密度排列等優(yōu)點.
H+S和RADIALL是早開始這項研發(fā)的RF CONNEOR MANUFAURER，幾年內(nèi)陸續(xù)推出了QMA和QN設計并聯(lián)合AMPHEL RF和ROSEERGER結(jié)成QLF戰(zhàn)略聯(lián)盟，分享技術(shù)，統(tǒng)一界面標準，合力向市場推廣。見[url]www.qlf.info[/url]
我們的RF TEAM也一直致力于QUICK LOCK CONNEOR QMA和QN的研發(fā)，以期為行業(yè)提供的的設計方案。同時我們一直在跟蹤QLF的研發(fā)。現(xiàn)在我們的設計方案已日臻完善。

本文章我們試圖通過與QLF設計的橫向?qū)Ρ葋黻U明我們的設計思路。
?&sp; &sp; &sp; &sp; 我們先來看QMA，以下是QLF版本的QMA設計（圖2）

我們認為這個設計是基本的，能做到接近SMA的比較高的工作頻率，但還存在一些小問題：
1）&sp; &sp; &sp; &sp; 現(xiàn)有市場上的QMA都沒有用于水的密封圈，這樣會造成有害氣體及水氣侵入，由此導致接觸導體的性變差。QLF近宣稱推出世界款具有水功能的QMA，并能跟現(xiàn)有QMA母頭互配，這是一個的方法，但我們目前還沒有看到產(chǎn)品。
2）&sp; &sp; &sp; &sp; 用鈹銅制作的QMA彈簧鎖的成本較高，幾點因素：鈹銅材料成本高，加工難度大,需要熱處理，而且需要做專門處理
3）&sp; &sp; &sp; &sp; QMA公母頭相匹配后，內(nèi)導體的接觸長度太少，只有1.6mm，而SMA的接觸長度是2.3mm，見圖（3），這會導致多次使用后內(nèi)導體的接觸性降低。
以上幾點是我們認為現(xiàn)有QLF版本QMA還有改進余地的地方，事實上我們即將公布的新版的QMA（為區(qū)分，暫且稱為CQMA，下同）已經(jīng)很好的解決了以上問題。
1）&sp; &sp; &sp; &sp; 我們的水設計巧妙（如圖4），外導體孔槽內(nèi)的O型密封圈在母頭外殼斜面的擠壓作用下，產(chǎn)生好的密封和震效果。

2）&sp; &sp; &sp; &sp; 我們的CQMA彈簧鎖是不銹鋼制作，（如圖5），成本是鈹銅彈簧鎖的1/10，并有好的震效果，完滿足要求。并且我們對QLF版本的QMA彈簧鎖設計做過分析和試驗，發(fā)現(xiàn)適當修改尺寸后可以用青銅替代鈹銅，插拔次數(shù)也可以過QLF標稱的100次。

3）&sp; &sp; &sp; &sp; 我們認為應該保持SMA相匹配后的接觸長度2.3mm，我們的設計很容易就實現(xiàn)了這一點。但我們發(fā)現(xiàn)QLF的設計很難實現(xiàn)這個目標，因為如果內(nèi)導體的長度被加長后，會導致其在互配時失去彈簧鎖的導向作用，由此增加接觸失效的風險。
另外從節(jié)省空間的角度考慮，我們設計了MINI版本的QMA，我們稱之為MINI-CQMA，（如圖6），他們具有同樣出色的性能表現(xiàn)和更小的體積。

?&sp; &sp; &sp; &sp; 再來談談QN，實際上在上世紀80年代中國RF工程師就曾經(jīng)在N CONNEOR基礎上開發(fā)過一種快插自鎖型連接器(QN), 見圖（7）,具有不錯的效果。在某些場合得到很好的應用。

?&sp; &sp; &sp; &sp; 我們來看看QLF發(fā)起人HUNER SUHBE陸續(xù)發(fā)布過的3個版本的QN&sp; &sp;
1）&sp; &sp; &sp; &sp; 2002版本，見圖（8）
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&sp; &sp;&sp;&sp;2002版本先比較成功地拋開了螺紋結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了快插、自鎖功能。
優(yōu)點：&sp;&sp;1．了連接器裝卸效率，了快插、自鎖，不用工具。
2．&sp; &sp; &sp; &sp; 減小了外形尺寸，減輕了重量20%—40%，節(jié)約了銅材20%—50%。
3．&sp; &sp; &sp; &sp; 了連接器的安裝密度，節(jié)省了安裝空間。
4．&sp; &sp; &sp; &sp; 連接器安裝后可以360°旋轉(zhuǎn)，能保持良好接觸。
5．&sp; &sp; &sp; &sp; 連接器安裝拆卸的培訓簡單。
缺點：　1．件加工精密要求高，電氣接合面之間間隙大小受件加工控制。
　　　　　　2．結(jié)合面有間隙無接觸壓力，會影響駐波和高互調(diào)性能
3．有些偏離N型基本參數(shù)QN設計工作重新計算、校驗工作量大，成熟的N型連接器的成功資源沒有被利用
2）2003版本，見圖（9）
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&sp; &sp; 2003版本在2002版本的基礎上作了改進。
特點：&sp;&sp;1．在連接器的接觸界面增加了一片波浪墊圈。利用波浪墊圈的彈性來增加軸向壓力，并能消除接觸端面的間隙。
　　　　　　2．降低了接觸電阻，有利互調(diào)性能的改進。
缺點： 連接器接觸端面利用波浪墊圈的彈了間隙問題，但在整個圓周面點上有幾個點而已，在該點周圍的阻仍沒有很好的匹配，電磁波在該點上會引起反射。該連接器使用在DC—1.5GHZ較好，1.5—3G尚可。如果3—6GHZ駐波會更大。6—11GHZ駐波將會更大。
3）2004版本，見圖（10）
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2004版本在2003版本的基礎上又作了進一步的改進。
特點： 1、連接器接觸面由波浪墊圈改為放射狀的碟型彈簧片，增加了軸向壓力，減小了接觸電阻，了接觸穩(wěn)定性。
　　　　2、由于改用了放射狀的碟型彈簧片，它與接觸端面接觸時已是幾點，而是整個圓周。這樣更有利于互調(diào)性能的，駐波的減小和更低的損耗。
　 缺點：1、外導體的接觸端面采用了，與放射狀的彈簧片的作用下,產(chǎn)生較大的軸向壓力，接觸電阻得以.但同時由于和彈簧作用的領域是個不規(guī)則的幾何形狀,用傳輸理論推導就會發(fā)現(xiàn)該段的特性阻是不連續(xù)的，會引起較大反射。尤其在傳輸高頻率電磁波時影響更大。DC—1.5GHZ駐波很好，1.5—3GHZ駐波可以接受，3—6GHZ有些場合可能影響使用，6—11GHZ會更差。
&sp; &sp;&sp; &sp;&sp; &sp;2．該設計仍沒有采用N型內(nèi)導體外徑φ3.04和外到底內(nèi)徑φ7.00的基本參數(shù)，因此如果要把N型改成這種快插、自鎖式會帶來大量的重新設計驗證的工作量。N型成熟的幾十年積累起來的可貴設計資料付之東流。

&sp; &sp;基于新版本2004版的QN的問題，我們認為還可以做以下改進：

1．&sp; &sp; &sp; &sp; SMA，N，APC-7精密平面接頭三種經(jīng)典的射頻同軸連接器之所以能做到頻帶寬，VSWR小，是因為他們的接觸界面間隙為，阻連續(xù)，幾乎無反射。而QN如果采用上述版本的彈性接觸端面肯定會導致阻不連續(xù)。所以我們認為仍應采用N型的剛性接觸,接觸端面阻連續(xù)，使QN能保持N的電氣性能:DC—11GHz VSWR≤1.25,精密型QNDC-18GHZ VSWR ≤1.08。我們的新設計遵循這一規(guī)則并實現(xiàn)了接觸端面間隙，了阻連續(xù)，由此保持了N型的性能指標，并且接頭所
用材料是QLF版本的80%，（如圖11）


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1.&sp; &sp; &sp; &sp; 我們認為QN的設計應該遵循現(xiàn)有N型的基本參數(shù)：內(nèi)導體應取Φ3.04,而不是Φ2.97，外導體的內(nèi)徑應取Φ7.00，而不是Φ6.85。我們的設計保留了N的基本參數(shù)，由此也避免了大量的重新設計驗證和試驗工作。