盲配互连设计在T/R组件中的应用*

吕慎刚，赵春林

(南京电子技术研究所， 江苏 南京 210039)

盲配互连设计在T/R组件中的应用*

吕慎刚，赵春林

(南京电子技术研究所， 江苏 南京 210039)

盲配连接器具有体积小、重量轻、性能可靠等优点，盲配设计可以实现快速互连，是T/R组件模块化、轻小型化、高集成设计的关键技术之一。文中分析了T/R组件的组成，介绍了设计中常用盲配连接器的种类以及机理，阐述了进行盲配设计时需要注意的关键问题，并将盲配连接器应用到某T/R组件中实现盲配互连，对设计出的T/R组件通过小批量实物样件进行了验证。结果表明，该设计能够满足T/R组件的性能要求。

T/R组件；互连；盲配

引 言

随着有源相控阵雷达的不断发展，轻量化、小型化的需求日益增长，T/R组件也不断向模块化、轻小型化、高集成等方向发展，对T/R组件的设计也提出了越来越高的要求[1-2]。一部固态有源相控阵雷达均由数百、数千甚至上万套T/R组件组成，因此T/R组件的设计不仅要满足其性能指标，还要考虑其生产、调试以及后续的快速维修维护[3-4]。盲配连接器具有体积小、重量轻、性能可靠等优点，采用盲配互连设计可以实现快速互连，有利于组件内部模块化划分，便于各功能模块独立封装，可有效改善T/R组件的可生产性和可维修性,同时还可以有效减小组件的体积，因而有利于组件的轻小型化，组件内部也容易设计成相互隔离的腔体以提高电磁兼容性能[5-8]。本文在阐述T/R组件组成、设计中常用盲配连接器的种类及机理、进行盲配设计时需要注意的关键问题的基础上，将盲配连接器应用到了某T/R组件中实现盲配互连，并对设计出的T/R组件进行了验证。结果表明，该设计不仅能够满足T/R组件的性能要求，还能满足其可生产性和维修性的要求。

1 T/R组件的组成与分析

T/R组件随系统性能要求各有不同，具体电路的复杂程度也有很大差异。一般而言，T/R组件由多个电路和器件优化组合而成，其中，发射通道包含单级或多级功率放大器，接收通道包含衰减器、限幅器和低噪声放大器，收发通道共用的部分包括环行器、收发开关、控制电路等[2,9]。为了获得良好的性能和稳定可靠地工作，还可能增加其它功能电路。图1为典型单通道T/R组件的原理框图。

图1 单通道T/R组件原理框图

T/R组件设计是在有限的空间和重量条件下，将本来相互孤立、联系松散或不同模块的若干系统紧紧融合起来，整合成一个有机整体[2]。一个复杂的T/R组件可能包括发射、接收、馈线、波控、电源等诸多系统，它集高频、低频、大信号、小信号、数字和模拟信号于一体，其电磁兼容性要求高，因此各个系统之间需要可靠的互连。

2 盲配连接器及其选用

2.1 盲配连接器

电连接器用于系统中电能的传输和信号的传递与控制，根据传输信号频率的不同可分为射频连接器和低频连接器。盲配连接器是电连接器的一种特殊类型，其种类也较多。T/R组件设计中常用的盲配射频连接器包括SMP、SBMA、BMA、TMA等系列，盲配低频连接器包括J63、J30J、CJ19、J16等系列。此外，可根据需要设计成多路射频盲配连接器和高低频混装盲配连接器(如图2所示)，以简化对外接口和实现快速更换。

图2 J127混装盲配连接器

盲配连接器可分为固定型和浮动型。固定型盲配连接器虽有一定的调整量，但调整量很有限，安装精度要求高，成组使用时要求更高，一般用于模块与模块之间的连接；浮动型盲配连接器设计有浮动机构，可以实现较大的径向或轴向浮动，一般用于组件与背板之间的连接。

一种浮动结构是在连接器法兰内增加一个支撑弹簧，使连接器芯子能够在法兰内有较大的轴向和径向浮动，该形式一般用于射频连接器。在插合过程中，首先是插头与浮动插孔接触，然后在插头锥面的作用下径向导正。为保证连接的可靠性，还必须保证弹簧在轴向上有一定的压缩量，不同类型盲配连接器要求的压缩量是不同的，与使用环境相关。如BMA浮动型连接器径向浮动单边有0.5 mm，其推荐的压缩量为0.8 mm左右，如图3所示。

图3 BMA连接器浮动对接

另一种浮动结构是在连接器法兰上增加一组浮动垫圈，使法兰在径向有较大的浮动，但轴向浮动较小，这可由连接器插针与插孔之间较大的有效接触长度来弥补，一般用于低频连接器。在插合过程中，连接器上导向销与浮动连接器的定位孔首先接触实现初步定位，继续推进插头与插座外壳接触实现精确定位完成插合, 如J30J盲配连接器的盲配，如图4所示。对于尺寸较大的连接器(如J16、J127等盲配连接器)因外壳有足够大的导向范围可直接由外壳导向定位。

图4 J30J盲配连接器浮动对接

此外，还有一种双插结构形式可以多点盲配，其特点是在2个固定插座之间增加1个过渡连接器实现径向的浮动，例如SMP型连接器，如图5所示。

图5 SMP双插结构

2.2 盲配结构机理

T/R组件与安装机架设计有导向机构，在插入过程中，T/R组件后面板上的定位销首先与背板上的定位孔接触，在定位销锥面的作用下，定位销与背板上的定位孔趋于同心，从而实现第一次定位导正。组件在第一次定位导正后继续向前推进，低频连接器上的导向销与连接器浮动座板上的定位孔接触，射频连接器插头与浮动插孔接触。由于前面的定位导正已纠正了大部分误差，在插头锥面的作用下，就很容易保证低频连接器和射频连接器各自的定位导正，从而完成组件与背板上连接器的整个插合过程[5]，如图6所示。

图6 盲配连接的结构机理

2.3 盲配设计的关键问题

T/R组件内部和外部有各种电气连接，盲配互连设计需考虑以下几方面的问题。

(1)盲配连接器的选用

盲配连接器种类较多，设计人员必须了解各种连接器的类型、性能以及特定的使用场合。选择时不仅要考虑电讯要素(包括额定电压、工作电流、接触电阻、匹配阻抗、电压驻波比、使用频率范围、接触对数目等)，充分考虑结构要素(包括安装方式、是否浮动、浮动量和外形尺寸等)，还要考虑浮动连接器与电缆装配成一体后是否有足够的电缆弯曲空间，电缆固定后要使连接器接触件的端接部位少受力或不受力[5]。需要特别指出的是，不同厂家生产的连接器精度和公差的控制可能不一样，会影响连接器的盲配对接，所以建议成对使用。

(2)导向机构设计

对于尺寸和重量较大的T/R组件，需要设计导轨，一是便于组件安装，二是可以将组件与背板的径向误差控制在导向销的导向能力范围之内,因为只靠连接器自身的导向很难满足要求，需要二次导向。同时还需要做防误差设计，避免误插损坏连接器，最简单的方法就是将导向销设计成不同的直径。

(3)误差控制与尺寸精度

T/R组件和背板是一个装配体，需要保证其结构精度的一致性，同时也要保证它们的相对位置精度，否则会影响连接器的良好对接甚至会损坏连接器。在设计组件和背板时，应尽可能将安装连接器的结构件设计成一个整体，因一次加工成型可以减少累积误差。此外，浮动型盲配连接器有较大的浮动量，将连接器以及销孔的孔间精度控制在0.1 mm左右基本能满足要求；而固定型盲配连接器对精度要求高，不推荐用于组件与背板间的互连，组件内部可适当使用，精度越高越好。

(4)变形量控制

当盲配的连接器成组使用时，轴向需要有较大的压紧力来克服连接器的插入力和弹簧的预紧力，可能会使结构件变形，进而导致插孔与插针对接不到位而影响电性能，因此设计时应适当增加结构件的刚度以减小变形。

3 应用实践

某T/R组件有8个通道，单个通道的发射峰值功率为500 W，采用强迫液冷冷却，需要在阵面上实现快速安装和维护。基于以上要求，设计时T/R组件的对外接口均采用盲配形式。小功率射频信号、控制信号采用J127高低频混装盲配连接器，大功率射频信号采用TMA盲配连接器实现了各种电信号的互连，并且水连接采用了盲配水接头CGO05。此外，还设计了含有轴承的专用导向机构便于组件安装，T/R组件的外形如图7所示。

图7 T/R组件外形

为满足模块化、维修性以及改善电磁兼容性的要求，T/R组件实行分层设计，层与层之间的信号垂直互连也均为盲配形式(BMA和J30J)，较好地解决了空间相互隔离的问题，如图8所示。经测试，T/R组件的发射功率、接收增益、噪声系数等性能指标在规定的环境条件下均能满足设计要求。

4 结束语

微电子技术的不断发展、微电子元器件和设备组装密度的迅速提高推动着互连技术研究的开展。由于相控阵雷达正朝着轻量化、小型化、高组装等方向发展，T/R组件也不断向模块化、轻小型化、高集成等方向发展，互连等问题也越来越突出，因此有必要借鉴这些先进的技术并将它应用于T/R组件的设计。

[1] 张光义. 相控阵雷达系统[M]. 北京：国防工业出版社, 2000.

[2] 胡明春，周志鹏，严伟. 相控阵雷达收发组件技术[M]. 北京：国防工业出版社, 2010.

[3] 钟剑锋，张国民. 有源相控阵雷达T/R组件的结构设计[J]. 电子机械工程, 2000, 16(2): 15-17.

[4] 汤俊. 固态有源相控阵雷达T/R组件批生产的质量控制[J]. 电子机械工程, 2004, 20(4): 54-56.

[5] 谢旻. 电连接器及其在雷达和电子设备中的应用[J]. 应用科技, 2011, 38(3): 20-23.

[6] 金承立. 盲插射频同轴连接器[J].电子机械工程, 1999, 15(5): 2-4,63.

[7] 陈竹梅. 有源相控阵雷达射频同轴连接器盲插机构的设计与分析[J]. 电子机械工程, 2002, 18(5): 11-15.

[8] 苏力争，钟剑锋，张建增，等. S波段八通道数字T/R组件研究与设计[J]. 现代雷达, 2013, 35(9): 66-68.

[9] 谢武涛，吕慎刚，邓云伯.一种星载L波段小型化T/R组件研制[J].现代雷达, 2011, 33(10): 74-76.

Application of Blind Mating Interconnection Design in T/R Module

LV Shen-gang，ZHAO Chun-lin

(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology,Nanjing210039,China)

Blind mating connecters have many advantages such as low volume, low weight and high reliability. Blind mating design can present an available method for fast interconnection, which is one of the most important techniques for modularization, miniaturization and high integration design of T/R modules. In this paper the composition of the T/R module is analyzed, the category and mechanism of blind mating connecters in common use are introduced in blind mating design and some key problems are described especially. The blind mating connecters are applied to a T/R module and an experiment is performed with several T/R module samples. The result shows that the design meets the performance requirement of the T/R module.

T/R module; interconnection; blind mating

2014-09-23

TN503+.5

A

1008-5300(2014)06-0019-03

吕慎刚 (1979-)，男，高级工程师，主要从事微波结构设计工作。