如何針對軍事應用達到最佳化的 RF 連接器選擇和實作

RF 同軸連接器及纜線是常見的元件，在軍事應用中發揮著幾乎看不見但非常關鍵的作用。此組件的工作是將頻率高達數十 GHz 的 RF 訊號從天線傳輸到接收器。必須可靠地處理、維持敏感 RF 訊號的完整性，同時要堅固到足以承受戰場的嚴酷考驗。

尋找 RF 連接器時，工程師有數百種選擇；大家會以為，只要 RF 連接器滿足幾項基本要求，就全都大同小異，因此往往會挑最便宜的產品。但這樣是不對的。許多 RF 連接器並未按照確切的工藝規格製造，萬一設計不良的零件出現故障，可能會導致價值數百萬美元的軍用硬體在關鍵時刻失靈。因此，選定的元件一定要按照公認的國際標準製造，這一點非常重要。

除了耐用性、防潮性、防塵性等機械特性，以及阻抗值、頻率範圍、電壓駐波比 (VSWR)、絕緣電阻等電氣特性外，其他因素也會影響設計的成敗。比方說，在特定軍事應用中，像是火箭發射架、光學零件的內部表面、小型武器應用等，標準不鏽鋼連接器的光反射會引發操作問題。

在尋找耐用可靠的 RF 連接器時，建議先鎖定信譽良好的製造商，且能夠證明其 RF 連接器均是按照相關軍用效能規格與標準而製造。

本文將探討軍事應用 RF 同軸連接器的關鍵電氣與機械特性挑選標準。也會提供 Amphenol SV Microwave 的實際範例，並且說明其應用方式。文章會特別介紹高階、耐用、抗反射的塗層，適用於採用黑鉻 RF 連接器的小眾應用。

高效能 RF 同軸纜線和連接器

想確保 RF 元件符合軍事應用的嚴苛要求，關鍵在於購買符合相關軍事效能規範 (MIL-PRF) 的元件。只有少數製造商可以提供符合標準的 RF 連接器。Amphenol SV Microwave 就是達到此等級的公司之一。該公司提供超過 400 款符合 MIL-PRF M39012 標準的 RF 連接器。

MIL-PRF-39012 是 RF 連接器的重要標準，要求在多個製造階段中進行視覺、機械、電氣測試，以確保合規性。此規範還要求製造設施及製程必須符合品質標準。符合 MIL-PRF-39012 的同軸連接器和配接器非常適合軍事 (及其他高可靠性) 應用，包括雷達、衛星通訊地面設備、航太 RF／微波組件。

MIL-PRF-39012 連接器其中一項關鍵標準是中心引腳必須鍍金至標準化深度、黏合品質和塗層。在固定觸點上鍍金，可在嚴峻環境中長時間維持最低的插入損耗、良好的電氣接觸 (圖 1)。

圖 1：MIL-PRF-39012 連接器其中一項關鍵標準就是中心引腳必須鍍金至標準化深度、黏合品質和塗層。(圖片來源：Amphenol)

RF 同軸纜線設計要點

設計軍事應用的 RF 同軸解決方案時，有個重點就是把纜線和連接器視為一個完整的系統。此系統的效能幾乎取決於這兩個元件是否完美合作。

典型的同軸纜線內含銅芯或鍍銅鋼線。芯線可來回承載連接設備的高頻輸入／輸出訊號。芯線會包覆一層通常由塑膠製成的介電絕緣體。絕緣體具有恆定的厚度，確保芯線與包覆介電質的金屬屏蔽層之間能維持恆定的間隙。這點非常重要，因為厚度有任何變化，都會導致阻抗值變化，進而影響訊號完整性。

金屬屏蔽層由銅、鋁或其他金屬編織而成，緊緊包住絕緣體。其工作是保護內部的芯線，不受外部電磁干擾 (EMI)。最後，組件會包上一層橡膠或塑膠護套，以便絕緣並保護內部導線 (圖 2)。戶外級纜線需要額外的絕緣層和特殊的護套，以保護電線不受陽光、濕氣的影響。

內部芯線可傳輸高頻訊號，而屏蔽層僅當作回流線。這兩個導體之間具有電磁場，但不會延伸到屏蔽層之外。這表示透過纜線傳輸的 RF 訊號不會影響附近的電氣和電子設備。

圖 2：同軸纜線由四個部分組成：內部導、塑膠介電質、回流導線／屏蔽層、外層 (黑色) 橡膠或塑膠護套。(圖片來源：Amphenol)

介電絕緣體接觸到中心導線的地方，會吸收一些電能。對於長纜線而言，訊號可能會大幅衰減。高效纜線會使用隔片，盡可能減少與內部導線的接觸，並且在內部和外部導線之間形成一致的氣隙，以作為有效的介電質。

阻抗值的重要性

在高頻 RF 系統中，傳輸效率取決於天線阻抗值是否與發射器或接收器的阻抗值匹配。

若明顯不匹配，就會導致天線功效不佳，因為這會干擾順向傳播功率，並產生電壓駐波。衡量阻抗值均衡程度的常用指標是電壓駐波比 (VSWR)。VSWR 為 1 表示沒有阻抗不匹配損耗，若數字較高則代表損耗增加。例如，VSWR 為 3.0 表示大約 25% 的發射器功率會在天線系統中散失。

RF 連接器和纜線也會構成一部分的天線阻抗，因此設計人員必須了解元件的阻抗值，才能發揮最大的 RF 系統效率。同軸纜線的特性阻抗值會與內導線外徑、外導線內徑的比值成正比。介電絕緣體的主要功能是建立、維持這種分離狀態。

在大多數情況下，纜線製造商會提供阻抗值為 50 Ω、75 Ω 或 95 Ω 的 RF 纜線，但也有提供其他阻抗值。除了各種固定的阻抗值外，纜線還提供不同的介電質類型、電容量、外徑、衰減特性、屏蔽材料。

產品版本通常分為兩大系統：LMR 型 (字母的含義有其歷史因素，只需知道這些纜線是低損耗類型即可) 和 Radio Guide 型 (RG)。RG 型有更多的選項，但並非所有選項都符合軍用規格。信譽良好的供應商可以協助您挑選適合軍事應用的產品。

RF 同軸連接器的注意事項

RF 同軸連接器可將纜線牢固地連接到無線電設備。無論纜線有多優質，安裝不當的連接器都會破壞電氣效能。只要纜線和連接器之間的配接符合機械安全性、電氣穩定性，即使在高頻下也能確保達到良好的訊號完整性及一致的阻抗值。若要達到完整性，有個方法是一併指定纜線和連接器，請製造商將兩者當作完整組件交貨。製造商有足夠的能力可確保高品質的連接，也會在交貨前測試組件的完整性。

標準極化連接器公座在外殼內部有螺紋和中心引腳，而標準極化連接器母座在外殼內部也有螺紋，但沒有中心引腳。將連接器公母配接來連接纜線並不是很好的設計方式，因為這會增加纜線固有的訊號損耗。較好的做法是針對長距離線路選用連續纜線，這樣可以達到較低的訊號損耗和一致的阻抗值。要將連接器公座彼此互連，或將連接器母座彼此互連，正確方法是使用同軸纜線配接器。這是個辦法，但不建議在高規格應用中使用，因為這一樣會增加訊號損耗。

就像纜線，RF 連接器也有多種類型，也有固定的阻抗值。常見的例子是 Subminiature Version A (SMA)。這些連接器採用堅固的螺紋式耦合機制，具有 50 Ω 的標準阻抗值，可用於 DC (0 Hz) 至 18 GHz。適合的應用包括微波系統和手持式無線電 (圖 3)。

圖 3：SMA 連接器提供螺紋連接、50 Ω 阻抗值，並且可以處理高達 18 GHz 的 RF 訊號。(圖片來源：Amphenol)

另一種常見類型是 Subminiature Version B (SMB)。這比 SMA 更小，並採用卡扣式耦合設計。提供 50 Ω 和 75 Ω 阻抗值，工作頻率高達 4 GHz。這些連接器不如 SMA 產品堅固耐用，不適用於嚴峻環境。

其他類型的 RF 連接器包括：適合纜線數據機和有線電視等應用的 F 型、適合使用粗纜線之商業應用的 N 型、適合蜂巢式通訊裝置的 FME 型、適合戶外蜂巢式應用的 TNC 型、適合業餘無線電和航海無線電的 UHF 型。

連接到 RF 同軸纜線的 RF 連接器通常會旋入到接至隔板的相反類型連接器，或直接連接到接收、傳送 RF 訊號的設備。隔板型具有外螺紋，以便與纜線連接器的內螺紋接合 (圖 4)。雖然來自任何製造商的相同類型連接器在標準化之下都能配合得不錯，但是製造纜線 RF 連接器的製造商仍是取得隔板連接器的最佳來源。

圖 4：SMA 隔板連接器具有外螺紋，以便與纜線連接器的內螺紋接合。(圖片來源：Amphenol)

抗反射 RF 連接器選項

信譽良好的製造商提供各式直式、折角、公母連接器。但有些公司，像是 Amphenol SV Microwave，更產品陣容中加入特殊元件。該公司在產品系列中添加的重要新成員就是抗反射 SMA RF 連接器，可用於纜線與隔板應用。

在許多軍事應用中，工業 RF 連接器的標準不鏽鋼或黃銅塗層可能會造成問題。例如，如果用於小型武器，這類 RF 連接器可能會反射自然光，暴露戰鬥人員的位置。或者，飛機或直升機光學系統中使用的 RF 連接器可能會產生假影，進而降低瞄準系統的精準度。

為了滿足抗反射 RF 連接器的需求，Amphenol 推出了黑鉻 SMA 公端纜線連接器 2911-61008 (圖 5 左)，以及配套的黑鉻 SMA 母端隔板連接器 2921-61689 (圖 5 右)。這些產品具有 50 Ω 的阻抗值，可支援高達 18 GHz 的 RF 訊號和多達 500 次連接。每一款的中心觸點都採用鍍金鈹銅。這些 RF 連接器專門搭配 RG-405 (0.085 in.) 半硬質 RF 同軸纜線使用，此類型纜線符合軍用規格，常見於國防應用。

圖 5：Amphenol 的軍用規格 SMA 公端纜線連接器 (左) 和母端隔板連接器 (右) 可以鍍上抗反射的黑鉻。(圖片來源：Amphenol)

此 RF 連接器主體材質為不鏽鋼，鍍有黑鉻，符合 MIL-C-14538 標準。本規格所涵蓋的黑鉻鍍層專用於軍用產品，不但堅硬、附著力強、耐熱，而且完全不反光。這些連接器更具備抗反射 SMA 公端防塵蓋 2911-61009，當纜線斷開連接時可搭配母端隔板連接器使用。

結論

軍事應用會受到灰塵、油汙、高溫、振動的影響。這些應用的連接器與纜線，必須在數年間可靠地傳輸高頻訊號。連接器需要夠堅固、夠耐用的抗反射塗層，才能承受高溫與衝擊，而不碎裂或磨損。

RF 軍事應用的設計人員可以透過 Amphenol SV Microwave 等供應商，提供符合軍用效能規格和標準的產品，確保設計符合需求。