一种板间 Pogopin 连接器的研制

一种板间 Pogopin 连接器的研制

赵建创

陕西华达通讯技术有限公司 陕西西安 710000

摘要：由于5G基站天线与RRU的一体化整合设计，传统的连接器出线方案已不能满足需求。受空间限制，天线板与射频板之间以及天馈板和腔体滤波器板之间均需采用板间连接器连接。5G基站天线采用大规模多进多出（Massive MIMO）技术。每个基站采用2到3面天线（AAU），每面天线具有64到128个通道，每个通道使用一对（套）板间连接器。本文介绍了一种用于5G通讯基站天线的Pogopin连接器，主要实现智能一体化天线产品的天线背板与滤波器板之间的信号传输。

关键词：Pogopin连接器 板间连接器

一、概述：

随着5G网络的大面积商用，绿色基站、环保通信概念的提出，一体化智能天线由于其低功耗、占地小等天然优势，逐渐成为天线的发展方向。一体化天线由于其设计结构与传统天线的不同，现使用的射频连接器、电缆组件已不能在功能及成本上满足需求。由于5G通讯基站覆盖范围的局限性，小型化、多站点将是以后通讯发展的特点之一。小型化、低成本的板间连接器越来越受到欢迎。

传统的板间连接器多为同轴结构，采用两件板端连接器配合双阴转接器实现板间的连接。目前大多数板间连接采用这种方案完成，解决了很多场合的高密度板间盲配连接。由于整体三件套设计方案，所以成本较高，已逐渐不能满足小型化、密集化、功率不高等场合的需要。

项目产品主要用于5G通讯基站天线与滤波器之间的高速电信号通信连接。设计方案是同时使用64只或128路Pogopin连接器进行板间连接。也可适用于印制板内部、模块内部或板与板之间、模块对模块之间的通讯信号连接。

二、研制过程

1.产品主要性能指标

根据用户需求规格书的要求，结合系统结构尺寸、电性能参数及环境条件的要求，初步确定了该产品的结构形式及主要技术指标如下：

频率范围：DC～6GHz；

安装面配高30±1mm；轴向容差：±1.0mm；径向容差：±1.0mm（PCB环境）；

电压驻波比：≤1.35(PCB测试环境DC～5GHz（极限容差）)

≤1.20(同轴测试环境DC～6GHz（极限容差）)；

弹力：板间距30±1mm时，进程弹力：2N～8.0N；回程弹力：1N～7.0N。

动态接触电阻：≤10mΩ

2.产品设计方案

用户提供了需求规格书，对产品外形要求如下图1：

图1规格书外形图 图2安装开孔图

主要对内部结构进行设计，设计难点在于弹簧的精细计算以及卡爪的保持力设计；基于成本考虑，适应于大批量生产；装配过程中的防呆；技术指标留出安全余量等几个方面。

在设计过程中，满足用户要求前提下，只有尽可能多的使用成型管料，减少关键零件，才能大幅提升产品加工效率及利润空间；套管与下顶针采用两体压配结构，提升材料利用率；将内孔尺寸严格计算，考虑弹簧窜动等因素；绝缘介质采用可注塑材料，加工效率、质量稳定性才能得到保障。

基于以上几个方面，考虑套管采用成型管料，确定设计结构。

图3内部结构图 图4弹簧计算

通过结构评审，各项技术指标理论计算满足设计要求，输出了初样图纸。同时制作了电压驻波比同轴法测试夹具，内孔按照安装开孔尺寸设计。

实测电压驻波比、弹力、动态电阻满足设计要求，但是弹力曲线不够平缓，上限、下限预留余量较少，尽可能减少机加件工作量，装配过程中发现问题需进行优化。

对产品结构从以下几方面进行，增加弹簧圈数、加长弹簧长度；上顶针尾部增加弹簧导向；下顶针长度减少至最短，优化倒刺尺寸；加长套管（成型管料）长度，加严粗糙度要求；制作PCB环境测试工装。

按照用户需求规格书进行各项测试及试验。

图5 VSWR测试曲线 图6 弹力、动态电阻测试曲线

实际测试电压驻波比：1.19～1.25（PCB测试环境，极限容差）

1.12～1.17（同轴测试环境，极限容差）

实测去程弹力（MAX）6.20N～6.45N，回程弹力（MAX）5.01 N～5.36N，动态电阻3.25mΩ～5.03 mΩ。

通过以上，各项指标均满足标准要求，数值上下冗余充足，满足批产要求。

三、设计过程中的优化改进

3.1电压驻波比优化

设计初期，能拿到的成型管料外径尺寸处于图纸公差要求下限。经过仿真发现电压驻波比等参数略差。经过多次仿真、调整了补偿尺寸及介质尺寸，满足了用户要求。然后进行了零件试制，并进行了装接测试，电压驻波比为1.13，安全余量较少。由于仿真与实际存在差距，利用实际测量性能校正仿真软件，最终修改了尾端台阶进行匹配、补偿，电压驻波比小于1.10（同轴测试环境，极限容差）。

3.2 套管吊克力管控

项目产品为成型管料、注塑件、机加件、弹簧等不同零件进行配合，对于加工一致性要求比较高。需求零件机加工在保证加工精度的同时，务必要保证零件的同轴度、粗糙度。机加件的加工、套管劈槽、涨口必须一道工序执行。

套管是其中的支撑件，采用成型管料，需要截断后倒角、劈槽、收口，过程中容易存在毛刺等不良，毛刺会卡入槽内，造成吊克力不良及电阻突变等问题。经过大量试验，对劈槽深度及宽度进行试验、验证，劈槽、收口工序得到一次性完成，吊克力一致性较好。

3.3 测试能力保障

项目产品为非标件，电压驻波比的测试、弹力电阻的测试、振动等环境试验，需要设计专用的测试、试验工装。经过与用户沟通，模拟安装环境制作了电压驻波比同轴环境、PCB环境测试工装，弹力、电阻测试板，环境试验不同板间距试验工装，满足用户试验要求，有力保障了大批量生产的正常进行。

四、批量生产能力

针对产品的特殊性，定制了弹力、电阻耦合测试设备、全自动装配生产线。拟制了完备的工艺文件，建立了关键工序质量控制点，加强生产过程中的质量控制，完全具备了项目产品的批量生产能力，能够满足用户的性能尺寸要求及供货要求。

五、总结

项目产品经过多次试验和工艺改进，在使用频率内，电压驻波比和插入损耗指标良好、稳定，反射系数小，批量生产时，电压驻波比、插入损耗、去、回程弹力、动态接触电阻等曲线平滑，无抖动点。性能稳定，结构合理，可靠性高。

项目产品没有界面等限制，成本仅为传统板间三件套连接器的30%～40%，在径向、轴向容差都可达到±1mm，首次大批量应用于射频信号的环境内，通过大量的试验验证，结构可靠，性能优越。

通过项目产品的设计、生产及大批量应用，对传统的设计思想、射频连接器的应用等在一定程度上都具有颠覆的意义。在一定领域内，对今后设计同类型连接器起到了很好的指导作用。