Ansoft HFSS在射频连接器设计中的应用

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射频技术应用及研究

20年第一期 05

A sfH S no F S在射频连接器设计中的应用 t长岭科技公司射频分厂曹鹏 [要]本文通过对一种射频连接器的仿真设计，了H S摘 讨论 F S软件在射频连接器设计中应用。

[关键词]射频连接器 A S F H S电磁仿真 N O T FS

射频连接器是用于电子设备仪器上实现电气连接和分离作用的高频元件。它发展的历史

只有短短的几 1因具备良好的宽带传输特性及多种方便的连接方式，一年，使其在通信设备、武器系统、仪器仪表及家电产品中的运用越来越广泛。随着整机系统的不断发展和生产工艺技术的不断进步，射频连接器也在不断发展，新的品种层出不穷，朝着小型化、微型化、高频率、 多功能化、高性能、大功率的方向发展。

射频连接器是一种依靠结构尺寸来保证产品电气性能的高频元件。为达到所要求的性能，设计师需要找到几何尺寸与材料的正确组合。这种组合可以认为是“多维设计空间”。工程师

的工作就是找到即能满足性能指标又可以适应生产的设计点。高性能设计应该是兼顾全局的，性能最优且制造容差敏感性最低。因为对制造容差很敏感的设计，性能是不稳定的，生产成本也会非常高。以往的设计师常常是根据扎实的理论基础和丰富的实践经验来实现最优化设计。

实践经验的积累是需要大量时间和成本的，现在的客户对产品的性能要求越来越高，交货周期要求短，产品开发的周期很短，这就需要设计师掌握更加有效的设计方法和思路。A S F FS N O T H S是一套三维电磁场仿真软件包，为射频、无线通信、封装及光电子产品的 设计开发提供了高效的研究方法。它提供了一个简洁直观的用户设计界面、精确自适应的场求解器、拥有强大的电性能分析功能；能计算任意形状三维无源结构的 S一参数和全波电磁场； 可以计算出基本电磁场数值解和开边界问题，近远场辐射问题；口特征阻抗和传输常数；端 S

参数和相应端口阻抗的归一化 S参数；结构的本征模或谐振解。它利用有限元法(E对任 F M)意形状的三维无源结构进行电磁场仿真，可以自动计算多个自适应的解决方案。基于

MA WE L方程的场求解方案能够精确预测所有高频性能， X L如散射、模式转换、材料和辐射弓起的损耗等。对例如天线、 1射频连接器、转换器等产品仿

真分析时，只需画出结构图、定义材料性能、设置端口和边界条件， F S就会自动生成场求解方案、口 HS端特性和 S一参数。参数化分析可将所设计的产品的几何尺寸、材料变化设置成用户预定的最大范围内。电磁场解算器用 于给所有设计参数输出精确结果，这样就可确定出具有高性能和低制造容差敏感性的设计，就可避免使设计落入局部最优而综合性能不好的设计误区。利用该软件可以大大减少研制费用 和缩短设计周期，加快产品进入市场的步伐。 下面有一个具体的例子来说明A S F F S在射频连接器设计中的应用。 N O TH S 这个例子是一个 S MA阴性插座，原来的产品设计是 V WR为 11 . 1 F G z, S .+00 ( H )工

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作频率上限为 8 H。当频率为 8 H时， S G z G z V WR最大为 1 1。客户新的要求是 V WR要求 .8 S 11 . 1 F( H )工作频率上限为 1.G z即当频率为 1.G z V WR最大为 1 .+0 0 G z, 24 H, 24 H时， S .24 2

绝缘介质『心导体 1】

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滚花感性补偿段

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图1 S MA阴性插座的剖面图

图 2 MA阴性插座的 HF S模型 S S

图 3最初设计的 VS WR仿真结果、

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图 4最初设计的时域仿真结果

利用 H S F S我们按照原来的设计建模， 1图和图 2显示了原设计的情况， 0 24 H 在~1.G z范围进行扫频仿真分析，从图 3明显可以看出在 9 H以上 V WR超出厂 G z S规定的要求( 图中

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直线为目标值) F S有时域分析的功能，。H S它可以让我们看出连接器的反射系数相对与距离 或时间的关系。从产品的剖面图可以看出内导体滚花处和两个高阻抗补偿段是明显的不连续点，滚花处的特性阻抗小于 jQ呈现是容性， 0补偿段的特性阻抗大于 5Q呈现是感性。 0高阻抗的感性补偿段是为补偿导体变截面所产生的寄生电容，但是从图 4时域仿真的结果可以看出 感性太强应该

降低。 利用 H S F S的调整( u i ) T n g和优化( p m t c) n O t e i功能， i rs可以让我们方便的改变尺寸并观察尺寸改变带来的影响。我们改变补偿段的长度，设置尺寸变量并给出最大和最小值， F S H S会解算出不同尺寸的不同的值，以便选出最佳的尺寸。

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图 5调整补偿段长度的 V WR仿真结果 S 图5显示的是不同的补偿段长度对 V WR的影响， S最好的结果也不能满足要求，比但是 最初的设计有改善。通过时域分析可以看出感性被减弱了，但是滚花处的容性仍很明显。

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调寸偿整后段尺的 补:

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图 6最佳补偿段长度的时域仿真结果

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由于需要防止中心导体的旋转不能去掉中心导体上的滚花。一种方法是在滚花处的外壳增加台阶来保证滚花处的特性阻抗为 5Q但这样会给零件的加工和连接器的装配带来困难。 0,

把滚花的长度缩短 2%它仍能保持一定的耐力矩而且不必改变壳体和绝缘子的外形。 0最终的图形( 7图 8显示可以满足 1. H时的性能的要求。按照仿真结果设计的产品在实际图、 ) 24 z G生产中也满足了，客户的要求。-}毫。 0掌笙枣， 霉， t

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调整尺寸后的补偿段

调整后的滚花处

图7调整滚花段和补偿段的长度后的时域下仿真结果

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图 8调整滚花段和补偿段的长度后的 V WR仿真结果 S

通过利用 A S F F S电磁场仿真工具， N O TH S我们可以在最短的时间内优化连接器的性能。仔细分析时域和频域的仿真结果，利用软件的调整和优化功能，大大加快了连接器的设计周期和节约了设计的成本。