高频连接器设计
高频连接器设计必看
电缆的阻抗本文准备解释清楚传输线和电缆感应的一些细节，只是此课题的摘要介绍。
如果您希望很好地使用传输线，比如同轴电缆什么的，就是时候买一本相关课题的书籍。
什么是理想的书籍取决于您物理学或机电工程，当然还少不了数学方面的底蕴。
什么是电缆的阻抗，什么时候用到它？首先要知道的是某个导体在射频频率下的工作特性和低频下大相径庭。
当导体的长度接近承载信号的1/10波长的时候，good o1风格的电路分析法则就不能在使用了。
这时该轮到电缆阻抗和传输线理论粉墨登场了。
传输线理论中的一个重要的原则是源阻抗必须和负载阻抗相同，以使功率转移达到最大化，并使目的设备端的信号反射最小化。
在现实中这通常意味源阻抗和电缆阻抗相同，而且在电缆终端的接收设备的阻抗也相同。
电缆阻抗是如何定义的？电缆的特性阻抗是电缆中传送波的电场强度和磁场强度之比。
（伏特/米）/（安培/米）=欧姆 欧姆定律表明，如果在一对端子上施加电压（E），此电路中测量到电流（I），则可以用下列等式确定阻抗的大小，这个公式总是成立：Z = E / I无论是直流或者是交流的情况下，这个关系都保持成立。
特性阻抗一般写作Z0（Z零）。
如果电缆承载的是射频信号，并非正弦波，Z0还是等于电缆上的电压和导线中的电流比。
所以特性阻抗由下面的公式定义：Z0 = E / I电压和电流是有电缆中的感抗和容抗共同决定的。
所以特性阻抗公式可以被写成后面这个形式：其中R=该导体材质（在直流情况下）一个单位长度的电阻率，欧姆G=单位长度的旁路电导系数（绝缘层的导电系数），欧姆j=只是个符号，指明本项有一个+90'的相位角（虚数）π=3.1416L=单位长度电缆的电感量c=单位长度电缆的电容量注：线圈的感抗等于XL=2πfL，电容的容抗等于XC=1/2πfL。
从公式看出，特性阻抗正比于电缆的感抗和容抗的平方根。
对于电缆一般所使用的绝缘材料来说，和2πfc相比，G微不足道可以忽略。
在低频情况，和R 相比2πfL微不足道可以忽略，所以在低频时，可以使用下面的等式：注：原文这里是Zo = sqrt ( R / (j * 2 * pi * f * L))应该是有个笔误。
毕业设计---千兆赫兹横电磁波室高压连接器的设计
毕业论文(设计) 题目千兆赫兹横电磁波室高压连接器的设计学生姓名学号院系专业指导教师X年X月X日目录摘要 (1)关键词 (1)1引言 (1)2 GTEM相关知识介绍 (2)2.1电磁兼容简介 (2)2.2 电磁兼容测试的常用手法 (3)2.3 GTEM传输室的基本原理 (4)2.4 GTEM传输室的研究状况 (5)3 小室接头段的分析 (7)3.1 内节点三维FDTD格式 (7)3.1.1 Maxwell方程和FDTD格式的Yee氏网格 (7)3.1.2 内节点的三维FDTD迭代公式 (9)3.1.3 由数值色散和数值稳定性条件确定空间和时间步长 (13)3.2 GTEM接头段三维结构的边界近似 (16)3.2.1 GTEM小室的接头段结构 (16)3.2.2结构边界的阶梯近似 (16)3.3 激励源平面的设置 (17)3.3.1激励源类型的选择 (17)3.3.2激励源的引入和激励源平面场值的求解 (18)3.4边界条件的设置 (19)3.4.1吸收边界条件的选取 (19)3.4.2介质边界条件的选取 (19)3.5计算结果后处理与分析 (19)3.5.1正弦激励下的场分布 (19)3.5.2 击穿电场的讨论 (20)3.5.3 宽频带内驻波比的求解 (20)4 用HFSS辅助设计GTEM小室高压接头及连接器的优化 (22)4.1有限元方法以及HFSS概述 (22)4.1.1 有限元方法原理 (22)4.1.2分片插值与基函数的选取 (24)4.1.3 Helmholtz方程的有限元解 (26)4.1.4 电磁场有限元计算软件HFSS介绍 (29)4.2 GTEM小室高压接头的设计 (29)4.2.1 高压接头的初设计 (29)4.2.2 用HFSS对结构尺寸优化 (29)4.3 GTEM小室连接器的优化 (31)致谢 (38)ABSTRACT (39)Key words (39)千兆赫兹横电磁波室高压连接器的设计摘要：为了提高GTEM 传输室的耐高压能力,并保证良好的传输特性,对其馈电接头进行了优化设计。
连接器高频设计
6.特性阻抗 模拟讯号线长度变化对自容和自感值的影响
电气参数 高度变化
4.5mm 6.5mm 12mm 14mm
自容值Cself（pF)
0.713475 0.811567 1.0744 1.16462
电子连接器主要的功能为完整且正确的传输讯号，所以在整 个电子系统中，电子连接器是一个典型的被动元件，它的发展与 演进完全跟着电脑的CPU，近年来由于CPU的速度不断提高，由 早期的33MHz、66MHz到Pentium III 500MHz至最近的Pentium 4 3.06GHz，连带地提升主机板与电脑周边的电子信号传输速度， 因此担任电子信号传输桥梁的电子连接器的高频电气特性，便成 为电子连接器厂商一个重要的议题。
1.增加两导体之间的距离。 2.减少导体的横截面。 3.导体长度愈短愈好。 4.改变胶芯的介电常数。
8.传递延迟 何谓传递延迟（Propagation Delay）
把人比喻成讯号 人跑步比喻成讯号传输 跑步经过的路比喻成讯号传输的路径 人从起跑沿着路最后到达目的地所花费的时间称为总共 的传递时间延迟
8.传递延迟 Point to remember
降低单位长度的电容或降低单位长度的电感，可降低传递 延迟（Propagation Delay）
增加介质的介电系数，可降低传递延迟（ Propagation Delay）
9.偏移 何谓偏移（Skew）
许多的人比喻成许多的讯号 许多人跑步比喻成许多的讯号传输 跑步经过的路比喻成讯号传输的路径 每个人从起跑沿着路最后到达目的地所花费的时间差 异称为Skew
典型的SMA微波高频连接器接头技术
SMA接口SMA的名称全称是Small A Type。
是一种典型的微波高频连接器。
其使用最高频率是18GHz。
SMA的反极性，一般用到3GHz，主要用在室内天线。
SMA其典型特征是具有1/4-36UNS螺纹连接机构，外导体内径为4.13mm，内导体外径为1.27mm，介质是PTFE。
其衍生系列有：QMA、BMA等。
在它的基础上为扩频产生了3.5mm、2.92mm。
作射频电路设计中，经常会在电路中加入SMA接头用于输入和输出信号。
在射频电路中SMA接头是最最常见的接头。
新一代的仪表上都配有SMA接头或者相应的SMA转换接头。
SMA接头的质量也不一样，单从对信号质量影响的角度来说，好的SMA接头提供良好的驻波比，对于信号反射小，可以有效的传输信号。
SMA接头有很多中类型，从接口的连接看，有公和母（或称阳或阴）。
接法上，有的可以直接插在PCB的侧面，如果插在侧面不方便的话，可以插在PCB的上面，中间是信号，周围四个脚是地。
还有的是带有螺丝固定的，主用用于带有屏蔽盒的射频电路的侧壁连接。
有代四个螺丝的，有两个的。
SMA的天线接口全称应为 SMA反级性公头（至于为什么这么叫我也不知道反正天线厂家的订单上是这么写的，E文是 SMA RP M) 就是天线接头是内部有螺纹的里面触点是针（无线设备一端是外部有螺纹里面触点是管）这种接口的无线设备是最最普及的 70% 以上的AP、无线路由和90%以上的PCI接口的无线网卡都是采用这个接口这个接口大小适中手持对讲机等设备也有不少是这个类型但里面的针和管却与无线设备相反的。
SMA分为很多种，极性方面的差异一个叫“SMA”，另一个叫“RP-SMA”，他们之间的差别就是：标准的SMA是：“外螺纹＋孔”、“内螺纹＋针”RP-SMA是：“外螺纹＋针”、“内螺纹＋孔N：3.04mm/7mmSMA：1.27mm/4.13mm。
高频连接器技术讲义
Electrical Analysis Model
This figure shows the 9-pin model for the electrical simulation. Though the solder pads were included, this model does not include the effects of vias, ground, power planes and/or trace routing on the module and motherboard.
1-3电压驻波比（VSWR）（Voltage Standing Wave
Ratio):电压驻波比（VSWR）是射频技术中最常用的参数，用来衡
量部件之间的匹配是否良好。 电压驻波比用来表述端口的匹配性能 的。同一性能还可用回波损耗来表述。这两个指标定义如下， 电压驻波比： VSWR=(1+|r|)/(1-|r|) r ：为发射系数 =ZL-Z0/ZL+Z0 ZL为输入阻 抗，Z0为理想阻抗 回波损耗： RL=10log(入射功率/反射功率)
S21、S12、S22)
1-6时滞（skew）:时滞即时间延迟
1-7 衰减:信号在通道中传输时，会随着传输距离的增加而逐渐变小,衰
减 (Attenuation) 衰减是指信号幅度沿链路传输的减弱，是由于电缆的电阻所造成的电能损耗 以及电缆绝缘材料所造成的电能泄漏，衰减以分 贝（db）表示，低的衰减 值表示链路的性能好，而链路越长，频率越高，衰减就越大。试想一下，一 个过分衰减的的信号，接收端 又怎能识别呢！
四.設計相關技術與流程
SAS Connector, Complete Mechanical Model
适用于高频电路的连接装置设计与优化
适用于高频电路的连接装置设计与优化随着无线通信技术的快速发展，高频电路已经成为现代通信领域中不可或缺的一部分。
连接装置设计与优化在高频电路中起着至关重要的作用。
本文将探讨适用于高频电路的连接装置设计与优化的相关要点，并提出一些实用的设计方案。
一、连接装置的重要性连接装置是高频电路中用于传输信号与电力的关键组件。
它承担着信号传递和能量传输的双重功能。
连接装置的设计与优化对于高频电路的整体性能和稳定性至关重要。
二、连接装置设计原则1. 信号传输质量：连接装置应能够保持信号的纯净度和稳定性，减小信号损耗和失真。
因此，选择合适的连接器与电缆对于高频信号的传输非常重要。
2. 阻抗匹配：连接装置与高频电路之间的阻抗匹配是确保信号传输的关键。
理想情况下，连接装置应具有与高频电路相匹配的阻抗。
3. 抗干扰性：高频电路通常存在干扰源，如电磁辐射、射频干扰等。
连接装置在设计过程中应考虑减小对干扰的敏感性，保证高频电路的稳定性和可靠性。
三、连接装置设计方案1. 选择合适的连接器：对于高频电路的连接装置，选择合适的连接器是至关重要的。
一般来说，应选择带宽较大，频响特性好且易于焊接的连接器。
同时，连接器的设计应尽量减小插损和反射损耗，以确保信号传输的质量。
2. 优化电缆设计：电缆是连接装置中另一个重要组成部分。
优化电缆的设计可以降低传输损耗和信号失真。
合理选择电缆材料和结构，并对电缆的长度进行合理的控制，可有效提高信号的传输质量。
3. 阻抗匹配技术：由于连接装置与高频电路之间的阻抗不匹配会导致信号反射和功率损耗，因此阻抗匹配技术非常关键。
使用匹配元件，如衰减器、铁氧体环、折线等可以有效实现阻抗匹配，以提高信号传输效率。
4. 确保连接稳定性：高频电路对连接装置的稳定性有很高的要求。
设计中应考虑使用固定连接器、减少接合点、加强连接的牢固性等措施，以确保连接的稳定性和可靠性。
四、连接装置优化方法1. 使用仿真工具：利用电磁场仿真工具，如Ansys HFSS、CST Studio等，可以对连接装置进行全面的模拟和优化。
50欧高频同轴电缆的射频连接器和接头设计
50欧高频同轴电缆的射频连接器和接头设计射频连接器和接头是50欧高频同轴电缆中至关重要的组成部分。
它们的设计直接影响到电缆的信号传输质量和性能。
在设计过程中，我们需要考虑连接器和接头的特性阻抗、频率范围、材料选择以及机械结构等方面。
本文将从这几个方面详细介绍设计高频同轴电缆的射频连接器和接头的要点。
首先，特性阻抗是射频连接器和接头设计的重要参数。
当信号从一个媒介传输到另一个媒介时，特性阻抗的匹配至关重要，以确保信号的完美传输。
对于50欧高频同轴电缆，我们需要选择特性阻抗为50欧的连接器和接头。
这样才能保证信号在传输过程中不会发生反射和衰减，从而保证信号传输的稳定性和可靠性。
其次，频率范围是另一个需要考虑的因素。
不同的射频连接器和接头有不同的频率范围。
对于50欧高频同轴电缆，我们需要选择能够在高频范围内工作的连接器和接头。
这样才能满足电缆传输信号的需求。
一般来说，常见的高频同轴电缆连接器和接头可以覆盖从DC到18 GHz的频率范围，但也有一些可以扩展到更高的频率范围。
材料选择也是设计射频连接器和接头时需要考虑的重要因素之一。
连接器和接头的材料对信号传输的影响非常大。
常见的材料包括不锈钢、黄铜、铜合金和塑料等。
不同的材料有不同的特性，如导电性、机械强度和耐腐蚀性等。
在选择材料时，我们需要根据具体的应用场景来综合考虑各个方面的影响，并选择最适合的材料。
另外，机械结构也是射频连接器和接头设计的重要方面。
连接器和接头的机械结构不仅需要满足信号传输的要求，还需要方便安装和拆卸。
一般来说，高频同轴电缆的连接器和接头采用螺纹结构，这样可以确保连接的稳固性和可靠性。
此外，还需要考虑连接器和接头的尺寸和重量。
连接器和接头应尽可能小巧轻盈，以适应不同的应用场景。
除了上述要点，还有一些其他的设计考虑因素，如防水性能、温度范围和可靠性等。
在设计射频连接器和接头时，我们需要综合考虑这些因素，以确保连接器和接头能够满足具体的应用需求。
高频连接器技术讲义
Plug Side
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Electrical Analysis Model
This figure shows the 9-pin model for the electrical simulation. Though the solder pads were included, this model does not include the effects of vias, ground, power planes and/or trace routing on the module and motherboard.
Differential Propagation Delay @ 50ps
111 ps
Differential Cross Talk @ 50ps (20-80%)
0.04 %
0.37 %
Impedance @ 250ps (20-80%)
82.1 Ohms
79.9 Ohms
Changes done on the solder tail of the cable contact (Rev 1) improve impedance matching. However, the increased cable contact thickness (rev 2) proves to be of no consequence to the results.
VSWR @ 1.25 GHz
1.18 1.12
Similar to the impedance results, this plots shows that electrically, Rev 1 and 2 are not distinct from each other.
高频电子连接器设计基础
Ｖ ＳＷ Ｒ ＋ １
１ ＝－ ２ ０ ｌ ｏ ｇ
一’
电 压 驻 波 比 ＶＳ ＷＲ （ Ｖ ｏ ｌ ｔ ａ ｇ ｅ Ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｗａ ｖ ｅ Ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ） 公式 如 下 ：
Ｖ Ｓ ＷＲ ＝
时域和频域 。时域用来 观察信号随着时间轴变化 的情形 。频域用来 显示信号在不 同频率点上 的能量分布状况 。时域表 达横轴 是时间 ， 纵轴 是 电流 ，电压 ，阻抗等组件特性 ；频域表达横轴是频率 ， 纵轴是损耗 ， 串扰等组件特性 ；时域频域之 间可通过傅里 叶变换完成转换 。 差分信号 。差分信号传输构成 ：两互补信号＋ 两导体＋ 负载＋ 返 回路 径 。差分信号传输特点 ： 互补信号 ； 信号， 导体对称， 平衡传输 。 介 电常数 。 介 电常数 （ ￡ ，Ｄ ｉ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｉ ｒ ｃ Ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ） 定义为电力线密度与 电场强 度的 比值 （ ｅ ＝ Ｄ ／ Ｅ ） ，介 电常数越小 ，电容 效应越小 ，电磁波通过 的速率越快 ， 在 空气 中 ￡ 为 １ ， 一般 塑料 为 ３ ～ ４ 。
Ｗ ：— ０ ． ３ ５
—
插入损耗包含 ： 反射损耗 ： 阻抗不 匹配引起 的能量 损耗 。 耦合损耗 ： 由于 ｅ ｒ ｏ ｓ ｓ ｔ ａ ｌ ｋ而产生的损耗 。 介质损耗 ： 在介质材料中产生的能量损耗 。 导体损耗 ： 在传输导体 中产生的损耗 。 辐射损耗 ：由于信号辐射所产生 的损耗 。 减少插人损耗 的方法有 ： 控制好阻抗的匹配情况 ， 减少反射造 成的损耗 ；尽量缩短信号 的传输路径 ，以减少信号衰减 。 ３ ． ４回 波损 耗 （ Ｒ ｅ ｔ ｕ ｒ ｎ １ Ｏ Ｓ Ｓ ） 回波损耗是表示信号反射性 能的参数 ， 是传输介质 由于 阻抗不 匹配 所产生 的反射 。 不 匹配主要发 生在 连接器 的地方 ， 但也有可能发生 于电 缆 中特性阻抗发生变化 的地方 。 Ｒ ｅ ｔ ｕ ｎ ｒ ｌ ｏ ｓ ｓ ＝－ ２ ０ ｌ ｏ ｇ ［
RF_connector(高频电子连接器简介)讲解
RIMM connector Spec
IEEE-1394b 規格
❖ Cable Attenuation：
400 MHz ≦ 2.9 dB 800 MHz ≦ 4.6 dB 1000 MHz ≦ 5.5 dB 1600 MHz ≦ 7.9 dB
❖ Crosstalk：
Mated Connector ≦ 3﹪
r
共模輻射之漸進線
共模輻射的控制方法
數位符號的共模輻射主要發生在頻率1/tr以下， 當頻率超過時，就會以20 db/decade 的速率衰減。 因此共模輻射在低頻的數位訊號中較為嚴重。
共模輻射的控制方法主要在於電流量的控制，其 方法如下：
1. 降低天線的驅動電壓，也就是 groud potential。 2. 增加 common-mode choke 3. 將天線電流分流到地 4. Shielding the cable
SCSI Roadmap
Traditional design requirements of connectors
1. Patent Analysis 2. Normal force design 2. Maximum stresses analysis 3. Stress relaxation design 4. Material selection 5. Electroplating 6. Low Level Contact Resistance(LLCR) design 7. Retension force design 8. warpage analysis of housing 9. co-planarity design for SMT type connectors
高频传输RJ45连接器设计问题思考
高频传输RJ45连接器设计问题思考本文针对在高速数位传输连接器设计中遇到的高频问题做了基本介绍。
同时结合现有RJ45母产品，针对电磁兼容性和端子传输设计在实际运用中做一说明，希望起到抛砖引玉之效果，以便更好掌握其设计方法和实际应用。
标签：高速数位传输连接器电磁兼容性设计端子传输性设计1 概述我们知道当信号传输由集总模型进入分布模型时，我们称之为进入了高频传输。
电路是否进入离散模型取决于以下三点：①通路长度。
②信号上升时间Tr。
③传输速度。
对于印刷板电路，当Tr<10nS时，进入分布模型。
依据公式：频宽=0.35/上升时间Tr，则0.35/10-8=35MHz 即当传播频宽超过35MHz时，进入高频传输。
2 高速数位传输设计中遇到的问题对于低频传输的电路而言，通过的电容和电感值不是频率的函数，即不会随频率的变化而变化；但对于高频传输的电路而言，必需处理传输线效应以外，考量信号反射/串音/接地反弹/时脉不对称等等。
3 电磁兼容性设计3.1 芯片等有源器件的选用和印制电路板设计是关键首先器件有两种电磁干扰源：传输和辐射干扰源。
瞬态电流是传导和辐射干扰的初始源，减少瞬态电流必须减小印制电路板接地阻抗和使用去耦电容；其次，在设计印制电路板时，应优选多层板，将数字电路和模拟电路安排在不通的层内。
印制电路板设计应遵循以下的基本原则：①20-H原则：H是两层面的距离，即元、器件平面应比接地层平面小20倍H，才能减少辐射。
②2-W 原则：W是导线宽度，即导线间距离不小于两倍导线宽度；导线应短、宽、均匀、直。
导线宽度和拐角不要突变，转弯处应使用圆角。
③信号线，电源线应尽可能靠近地线或回线，以减少差模辐射的环面积。
④各信号线中间用地线隔开，有助于减少干扰。
3.2 地线设计是最重要的设计所谓“地”一般定义为电路或系统零电位参考点，它可以是产品金属外壳或接地平面。
接地类型有悬浮式、单点式、多点式、以及混合式。
接地方式最好采用一点接地。
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高频信号分析
上升时间(Rise-time)：信号从10%的幅度上升到90%的幅度所需的时间有些定义的百分比可能不同.上升时间衡量数字信号的上升边缘的“陡峭 性”,决定最高频率 傅里叶分解:任何周期信号能用无限(实际应用是有限谐波-精度够便可) 的正弦波组合而成.最高频率组分决定了信号的最高频率 4个奇次谐波组合 接近方波 方波的上升边缘由 最高频率组分逼近 ,上升边缘决定最 高频率 最高频率与上升时间的关系
σ-导电率
μ-导电率
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传输线
传输线的意义: 在做高频信号传输分析时,一般不会直接应用麦克斯韦方程直接来求解, 因为处理该方 程甚为复杂.人们在应用中探索出一些较为简便的电磁波的传输方式,据此也得到传输 线理论.传输线理论是常用的简单化的分析电磁波的手段,传输线的性能及常见指标如 下:
电流
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特征阻抗:
传输线
信号的传输过程中，在信号沿到达的地方，信号线和参考平面（电源平 面或地平面）之间由于电场的建立，就会产生一个瞬间的电流，那么只要信号在传 输，就会始终存在一个电流I，而如果信号的输出电平为V，则在信号传输过程中（注 意是传输过程中），传输线就会等效成一个“电阻”，大小为V/I，我们把这个等效的“电 阻”称为传输线的特征阻抗（characteristic Impedance)
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高频信号分析
历史上直流电阻是连接器电性能的主要指标,随着信号传输速度的不断提 高,连接器高频传输性能日益重要,在有些应用领域,特征阻抗比电阻还重 要. 正如经典牛顿定律是相对论力学在一定条件下的一种近似理论,欧姆定律 是麦克斯韦方程在一定条件下的一种近似表达法.当速度很低(相对于光 速)时牛顿定律非常精准,实际上人类登月球就在牛顿定律应用范围内,但 在微观粒子高速领域牛顿定律就失效,相对论力学才能准确描述时空问题. 相似的,当频率较高时欧姆定律无法解决高速信号传输问题,只有麦克斯 韦方程才适合 案例1案例2立体声系统电路 多高频率需做信号传输分析呢？ 电脑子板电路
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材料的电磁特性
磁导率magnetic permeability: 在电磁学中，磁导率是一种材料对一个外加磁场线性反应的磁化程 度，磁介质中磁感应强度与磁场强度之比。分为绝对磁导率和相对磁导 率，是表征磁介质导磁性能的物理量.分为绝对磁导率和相对磁导率.通 常使用的是磁介质的相对磁导率μr，其定义为磁导率μ与真空磁导率 μ0之比，即μr=μ/μ0. 对于顺磁质μr>1；对于抗磁质μr<1，但两者 的μr都与1相差无几 。在铁磁质中，B与 H 的关系是非线性的磁滞回 线，μr不是常量，与H有关，其数值远大于1。 例如，如果空气(非磁性材料)的磁导率是1，则铁氧体的磁导率为10， 000，即当比较时，以通过磁性材料的磁通密度是10,000倍.通常，磁导 率不是一个常数，它可随在媒质中的位置，施加场的频率，湿度，温 度，和其他一些参数而变化。在一个非线性介质中，磁导率取决于磁场 的强度。磁导率作为频率的函数可以呈现实值也可以是复值。在铁磁性 材料中，B和H的关系表现为非线性和迟滞性 损耗Loss: 材料引起的传输损耗有两方面因素: 导体的电阻和绝缘材料的电流 在设计时,我们可以将导体认为是理想导体-没有电阻,实际上任何导 体都存在一定电阻, 会消耗能量(生成热量).也就是直流电压变化. 在设计时,我们可以将绝缘材料认为是理想材料-不消耗任何电磁能量,实 际上任何绝缘材料会储存电能-也就是漏电引起的电压波形畸变,也以热 的形式体现--见介电常数定义
连接器设计培训系列
高频连接器设计
高频连接器简介 高频信号分析 材料的电磁特性 电磁波及其传播 传输线 连接器传输特性 连接器信号完整性 电磁波兼容性(EMC) 电磁波仿真
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案 例, 数 据, 图 片, 图 示 培 训 时 提 供
单位:赫兹,秒 如,100皮秒上升时间 对应3.5GHz
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材料的电磁特性
材料的电磁特性决定电磁波在材料中的传输性能.材料可分为导体和绝缘材 料.材料的电磁特性包括导电率,介电常数,磁导率,损耗 导体与绝缘材料: 导体主要是金属材料,导电性是导体的主要特征,含有磁性物质的导体,磁 导率是另外一个重要特征.绝缘材料导电性很差,介电常数和磁导率是绝 缘材料的主要特征,对于连接器的绝缘材料,更常用的是介电常数 导电性: 衡量电流在材料里流动的难易程度，是电流密度与电场的比值,银具有最 好的导电性.在高频连接器导体被视为理想导体,具有无限的导电性. 介电常数: 用于衡量绝缘体储存电能的性能,代表了电介质的极化程度，也就是对电 荷的束缚能力，介电常数越大，对电荷的束缚能力越强. 介质在外加电场 时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场（真空中）与最终介质中电 场比值即为介电常数(permittivity),又称诱电率或相对电容率。如果有 高介电常数的材料放在电场中，场的强度会在电介质内有可观的下降。 一个电容板中充入介电常数为ε的物质后电容变大ε倍。电介质有使空 间比起实际尺寸变得更大或更小的属性。例如，当一个电介质材料放在 两个电荷之间，它会减少作用在它们之间的力，就像它们被移远了一样. 当电磁波穿过电介质，波的速度被减小，有更短的波长.连接器常用的绝 缘材料的介电常数一般在2-5间,如特氟龙是2.1,FR4是4.6
高频连接器简介
高频连接器用于这样的场合:在两个系统或子系统间传输电流 或电压脉冲,脉冲的幅度和形状必须控制在可接受的范围内, 电压和电流往往较低-几伏，小于1安培. 高频信号一般从两个角度来阐述: 信号的完整性(SI)---简单地说,是指信号在电路中以正确的 时序和电压作出响应的能力.高频信号知识的主体,高频信号 理想传输的设计.如波形的完整性,信号的相位的正确性,信号 传输组件的固有特征,这些固有特征决定于组件的几何结构和 材料性能.目的使被接受的信号接近被发送的信号. 电磁波的兼容性(EMC)---外来电磁波,噪声和干扰的排除或限 制,包括屏蔽,滤波,接地等方式及控制电磁波的干扰和射频干 扰的做法 信号完整性和电磁波兼容性都是设计的重要方面. 电磁波兼 容性好的系统往往不干扰或不遭受周围其他设备的干扰. 高速数字电子系统的发展和繁衍使EMC和SI成为主要的连接技 术
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电磁波及其传播
电磁能量以波的形式在媒介传播,电磁波及其传播特性如下: 电磁场
电磁波由电场和 磁场组成.电场和 磁场与传播方向3 者相互垂直.电场 和磁场总是同相 位传播. 电场与 磁场的幅度关系 是一个常数, 它 决定于媒介的介 电常数与磁导率
非磁性材料
电磁波及其传播
电磁波速度,波长和频率的关系: 电磁波在导体和绝缘材料中的传播特点： 高频信号在一组导体中传播时,导体引导电磁 波位于导体间且电磁波几乎被包容在周围的绝缘材料中--事实上导体内的电磁场几乎 是零,换而言之,电磁能量的传输几乎发生在绝缘材料中而不是导体中, 故高频传输中 绝缘材料的特征(如介电常数)是我们的关注重点. 趋肤效应skin effect: 高频传输中, 几乎所有的电流集中在导体的表面, 因为导体内部 的电磁场几乎等于零. 趋肤深度(skin depth), 表征电流趋肤的程度, 指电流降至表 面电流1/e(0.386)的深度. 频率与导电性和趋肤深度存在反向比例.这意味着频率越高 导体表面电流越大,产生的热量损耗越大. 导体表面电荷分布: 正负电荷总是在正(信号线)负(地线)导体表面成对同向流动
电容:
电容增大: 介电常数增大 导体的表面积增大 导体间的距离减小
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电容减小: 介电常数减小 导体的表面积减小 导体间的距离减加
传输线
电感:电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。当线圈通入非稳态电流时，周围
就会产生变化的磁场。通入线圈的功率越大，激励出来的磁场强度越高，反之则小 （磁感应强度达到饱和之前）。电感是闭合回路的一种属性，即当通过闭合回路的电 流改变时，会出现电动势来抵抗电流的改变。这种电感称为自感（self-inductance)两 个电感线圈相互靠近时，一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈，这种影响 就是互感。互感的大小取决于电感线圈的自感与两个电感线圈耦合的程度. 电感量也称自感系数，是表示电感器产生自感应能力的一个物理量.电感器电感量的大 小，主要取决于线圈的圈数（匝数）、绕制方式、有无磁心及磁心的材料等等。通 常，线圈圈数越多、绕制的线圈越密集，电感量就越大。有磁心的线圈比无磁心的线 圈电感量大；磁心导磁率越大的线圈，电感量也越大。 单圈磁通量
单端传输线
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传输线
单端传输线（通常称为非平衡式）:
单端传输线是连接两个设备的最为常见的方法。在上图中，一条导线连接了一 个设备的源和另一个设备的负载， 参考（接地）层提供了信号回路。信号跃 变时，电流回路中的电流也是变化的，它将产生地线回路的电压降，构成地 线回路噪声，这也成为系统中其他单端传输线接收器的噪声源，从而降低系 统噪声容限。 这是一个非平衡线路的示例，信号线路和返回线路在几何尺寸上不同 高频情况下单端传输线的特性阻抗（也就是通常所说的单端阻抗）为： 其中：L为单位长度传输线的固有电感，C为单位长度传输线的固有电容。 单端传输线特性阻抗与传输线尺寸、介质层厚度、介电常数的关系如下： 与迹线到参考平面的距离（介质层厚度）成正比 与迹线的线宽成反比 与迹线的高度成反比 与介电常数的平方根成反比 单端传输线特性阻抗的范围通常情况下为 25Ω至120Ω，几个较常用的值是 28Ω、33Ω、50Ω、52.5Ω、58Ω、65Ω、75Ω。