2025-08-19 11:51:58
微波射频组件重大突破：新型馈通件连接技术实现信号无损传输
> 从玻璃密封到弹性接触，工程师们解决了微波信号穿越金属屏障时的损耗与泄漏难题。
在现代雷达、卫星通信和5G基站的核心部位，微波射频组件承担着信号生成、放大与处理的关键任务。这些精密电子系统被封装在金属外壳中，既能屏蔽外界干扰，又防止内部信号泄漏。
但一个长久以来的技术挑战摆在工程师面前：如何让微波信号无损地穿越金属壳体?
馈通件——这些穿越壳体的微型门户，其连接质量直接影响着整个系统的性能。随着频率攀升至毫米波甚至太赫兹领域，传统连接方式已难以满足高频、高密封性、高可靠性的三重需求，行业迫切需要技术突破。
玻璃-金属密封馈通技术
作为微波射频组件最经典的壳体穿越方案，玻璃-金属密封技术已在军工和航天领域服役数十年。这种技术利用特殊成分的玻璃在高温下塑性流动的特性，在金属孔壁与中心导体之间形成气密密封。
专利CN1284269C揭示了其中的核心创新：信号波导被设计为至少两个不同截面的部分。截面较小的部分填充塑性变形介电材料，在热压作用下与壁面形成密封连接。这种设计不仅实现了物理密封，还通过精确的截面尺寸匹配实现了阻抗匹配。
“截面较小的部分填以塑性变形介电材料，它在压力和热的作用下与所处部分壁相粘结。”专利说明书中强调，该部分的尺寸经过精心计算，使其能与相邻部分的阻抗匹配。
在实际制造过程中，工程师将玻璃预制件放入波导的缩颈部位，加热至约900℃使玻璃软化。精密模具从两侧施压，使玻璃完全填充缩颈区域并排除气泡。冷却后，玻璃与金属形成膨胀系数匹配的永久密封。
为避免玻璃内部应力集中导致开裂，馈通孔截面设计避免尖角，采用椭圆或带圆角的矩形结构。这种设计使组件能承受-55至+165℃ 的极端温度循环，满足航空航天应用环境。
可拆卸界面连接技术
在需要维护升级的场景中，永久密封的玻璃金属馈通件显得力不从心。因此，工程师开发了多种可拆卸连接技术，其中以螺纹连接器和卡接结构最为成熟。
7/16型(L29)馈线连接器是基站和广播系统的骨干力量。它采用精密螺纹连接机构，外导体螺纹与壳体上的安装螺母啮合，通过渐进式压紧实现射频密封。其内部的弹性O型硅橡胶密封圈在受压膨胀后，可阻断气体和湿气渗透通道。
技术参数显示，这类连接器在DC～7.5GHz范围内电压驻波比可控制在≤1.10，插入损耗不超过0.15dB，同时保持4000Vrms 的耐压能力。其三重交调性能可达160dBc，满足大功率多载波系统的线性度要求。
在卡接技术领域，一种创新的微波TR组件封装壳体采用弹簧辅助插杆机构。当壳盖与壳体对接时，操作人员拉动插杆压缩弹簧;壳盖定位后释放插杆，弹簧力推动插杆插入壳盖的插块孔中，形成机械互锁。
“壳体与壳盖不需要采用焊接方法进行连接，方便拆卸和安装。”设计人员特别强调，这种结构解决了传统焊接密封的维护难题。壳体一侧设置的硅橡胶密封垫在卡接压力下变形，填充所有微观缝隙，确保环境密封性。
压接与弹性接触技术
毫米波设备对尺寸的苛刻要求催生了免焊互连技术。这类技术省去了传统连接器的焊接法兰，直接将射频接触结构集成到壳体壁面。
一种获专利的射频弹性接触结构将铜合金壳体设计为三级台阶式。安装时，壳体以过盈配合压入PCB电镀通孔，中间台阶与孔壁形成可靠接触。壳体内部压入绝缘介质体，其中心盲孔内安装铍青铜丝编织的弹性接触体，形成完整的同轴传输路径。
“相对于微带线或接地线共面波导设计，无焊垂直发射连接器可提供最佳信号完整性且可循环使用。”西南微波工程师指出，这种连接器适应各种板材和壁厚，大幅减少占用面积，在110GHz频段仍保持低于0.3dB 的插入损耗。
连接位置的关键考量
微波信号的波长特性使馈通件位置选择成为一门精密科学。工程师必须综合考虑电磁兼容、热管理和机械应力等多重因素。
在相控阵雷达的T/R组件中，馈通点必须尽可能靠近MMIC芯片。中国科学院空天院的研究表明，射频路径每增加1mm，在Ka波段就可能引入0.1dB损耗，这对包含数百通道的系统而言是重大损失。他们的解决方案是采用垂直盲槽结构和类同轴垂直转换，缩短信号路径。
高频连接器周围的屏蔽完整性至关重要。有效方案是在连接器端口位置设置金属屏蔽壳，并在组件内部布置金属化通孔阵列。这些通孔形成“法拉第笼”效应，抑制信号泄漏。研究数据显示，合理设计的屏蔽结构可将通道间隔离度提升20dB 以上。
热膨胀系数匹配是长期可靠性的保障。南京电子器件研究所在HTCC陶瓷外壳设计中，通过有限元分析优化焊接接头结构，使外壳在经历高温钎焊后，平面度控制在≤1.8μm/mm 范围内。
“在10MHz~8GHz范围内，我们实现的射频端口插入损耗小于0.30dB。”项目团队采用地孔优化设计和阻抗匹配技术，在多层陶瓷基板中构建高质量传输线。
随着5G毫米波和6G太赫兹技术的发展，馈通连接技术正向更高频率、更小尺寸、更智能密封的方向演进。
真空馈通技术正取得突破。CM圆微型真空馈通采用Kapton绝缘的真空线缆，通过PEEK材料真空端接头实现10⁻⁹Pa·m³/s 的极高密封性，满足量子通信和太空电子系统的极端要求。
三维异构集成推动埋入式馈通结构发展。领先研究机构正在开发将馈通件直接集成到多层基板内部的技术，通过激光烧蚀微孔和选择性金属化工艺，在壳体壁内部形成信号通道，彻底消除外部凸起。
智能材料将革新密封方式。形状记忆合金环和热响应聚合物构成的自调节密封系统已进入实验室验证阶段。这些材料能在温度变化时主动调整接触压力，补偿热胀冷缩导致的密封间隙变化，大幅提升全温域密封可靠性。
西南微波公司的工程师曾面临一个难题：如何在110GHz频段实现信号的无损传输?他们的解决方案——垂直发射连接器，通过精密加工将连接器中心针直接对准微带线，误差控制在微米级。
这一创新让信号损耗降至0.3dB以下，产品迅速应用于全球5G基站和卫星通信系统。技术突破背后，是对毫米波传输特性的深刻理解，以及超精密制造工艺的支撑。
随着5G-A和6G技术向更高频段拓展，馈通连接技术仍在持续进化。实验室中的太赫兹馈通件已突破300GHz壁垒，而量子通信系统的需求正在推动接近绝对零度的深低温密封技术发展。
微波世界的门户，正悄然开启通往未来的通道。
