一种平面板对板桥式连接器的研制

赵建创

摘 要：本文介绍了一种用于处于平面板间的桥式射频连接器，采用微带线设计。主要用于TDD产品多通道的收发信机板和功放板之间的平面连接。实现DC～3GHz内射频信号传输。

关键词：：桥式连接器;板对板;射频连接器

引言

随着通讯技术的不断发展，机柜的小型化需求。超薄型RRU产品应运而生，常规的同轴三件式板对板连接器由于最小配高的限制，已经不能满足特殊场景的需求。目前所使用的板间连接器或者外壳之间配合难以保证完全插合或锁紧，或者当对插有冗余时刚性插针容易弯曲断裂，弹性插孔容易劈开失效。项目产品可以实现两块平行印制板间的连接，有效避免了传统板间连接器对插时插针和插孔的断裂和劈开或者容易弯曲断裂等缺陷。

板间连接器越来越趋向于小间距和小体积。项目产品需求是一种可以实现两块基本处于平面的板间连接器。应用于TDD产品多通道的收发信机板和功放板之间的连接。可在某些场景上代替常规板对板射频连接器。

一、产品主要性能指标

结合用户系统结构尺寸、安装要求、环境、电性能等指标的要求，确定了产品的结构。确定主要技术指标如下：

标称阻抗：50Ω;

频率范围：DC～3GHz

介质耐压： 1000V（AC）.60s

绝缘电阻：≥5000MΩ

耐 久 性：≥100次

电压驻波比：≤1.25（DC～3GHz）

插入损耗：≤1.0dB（DC～3GHz）

接触电阻：≤5.0mΩ

弹力范围：1.0N～2.0N（2.5～3.0mm）

二、产品设计方案

项目产品是一种非标准系列连接器。用户提出了安装、环境、电性能、使用可靠性等方面的要求。结构决定性能及可靠性，项目产品的设计重点在于连接器的结构设计。

在整机设备中，常规的板对板多为两PCB板面对面，射频连接器多为同轴大浮动结构;连接器的界面是存在间隙的;设备运行中难免伴有随机的震动，这些因素对系统的射频电性能有很大的影响。项目产品是在两块平行板间实现连接，用螺钉加以固定，充分保证了板间连接的可靠性。而用户该项目上，由于空间限制，TDD产品多通道的收发信机板和功放板设计基本在同一平面内，常规的板对板射频连接器已不能满足需要。

按照用户给出的安装示意图可以看出，连接器要在两块板间以桥梁的样式连接两PCB板，连接器接触区域应为PCB中的微带线。所以连接器的结构设计需参考微带线、PCB板及桥梁的设计。确定方案定为彩虹式双吊桥结构。

根据建立仿真模型仿真计算，确定了连接器的连接桥外形参数以及介质材料。弹性件采用铍青铜，根据仿真模型确定厚度采用0.25mm;根据用户使用环境及材料电参数，基座材料采用聚四氟乙烯，形成设计方案：

由一个连接桥和一个基座组成，其中连接桥件由铍青铜带冲制而成，进行热处理，热处理后良好的弹性保证了产品与印制板接触的可靠性;基座由聚四氟乙烯，设计有两矩形深槽，连接桥固定臂上设置有倒刺，通过将倒刺卡在安装孔中的侧壁来实现连接桥的固定，利用聚四氟乙烯的弹性，牢固的将连接桥固定在基座内。使用时，把一定数量的桥式射频连接器安装在基板的槽内，依次安装PCB1、PCB2，拧紧安装螺钉。

三、初样测试、试验

经过多方努力，完成了样品的试制任务。

试验数据都能满足要求，多方评审时，认为聚四氟乙烯材料虽然在电性能及使用环境上都能满足要求，但不宜加工，尺寸控制要求过高，高低温后从安装孔内不易取出。

接触电阻实测值：3.08～3.13mΩ

四、正样改进测试、试验

初样提交后，用户提出该型产品年需求量200多万只。基座材料选用的聚四氟乙烯不能注塑，不能满足TDD海量发货需求，存在风险。

经过多方查找及试验，聚甲醛介电常数及耐环境性可以满足用户要求，可使用模具加工。但是聚甲醛材料较聚四氟乙烯硬度大，若基座与连接桥同时注塑，一方面安装尺寸不易控制，另一方面注塑高温会对连接桥的弹性产生影响。所以连接桥的固定问题需重新考虑。

根据材料特性，在基座中心加定位钉;对连接桥进行了结构设计，在连接桥中心加了定位孔，既有利于冲制定位，又可作为固定孔。通过向基座定位钉施加压力使定位钉變形，卡住连接桥。设计方案见下图：

接触电阻实测值：3.08～3.13mΩ

五、批产能力

设计结构决定产品性能及加工难度项目产品连接桥采用冲制设计，模具制作简单，一次冲制成形，理论日产可达0.8万件至1万件;介质注塑模具一模64件，单套模具日产能可达4万件以上。针对产品的特殊性，制作了专用的自动化装配设备，拟制了完备的加工工艺文件，建立了关键工序质量控制点，加强生产过程中的质量控制，具备了满足峰值海量发货的生产能力，能够满足用户的性能尺寸要求及供货要求。

六、设计总结

项目产品主要用于TDD产品多通道的收发信机板和功放板之间的连接。传统的板对板连接器多为板间大浮动盲插结构，项目产品结构设计时突破了传统的装接形式，基于微带线原理，首次采用板间桥连接方式，实现两块平面板间的连接。设计结构简单，在基座中心加定位钉，在连接桥中心加了定位孔，既有利于冲制定位，又可作为固定孔。

项目产品的使用，降低了机柜空间，提高了产品的稳定性、可靠性，为今后设计板间射频连接器产品起到了一定的借鉴作用。具有一定的社会效益和经济效益。