实用射频测试和测量
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1.2 射频同轴连接器

射频和微波连接器的发明要追溯到第二次世界大战期间的20世纪40年代,随着雷达和各种无线电通信设备的诞生,最早出现了N和BNC等连接器。有一种说法是N型连接器取自Navy的第一个字头,另外一种说法是N取自其发明者贝尔实验室的Paul Neil的名字。我们暂且不去考证哪种说法是正确的,但是得感谢那位杰出的工程师为射频和微波的未来发展创造了桥梁。而出现在N型连接器之前的UHF型同轴连接器因为使用频率很低(200 MHz以下),严格来说不能被称为射频连接器。为了快速插拔,出现了卡口式的BNC(Bayonet Navy Connector)型连接器。在后来的 60 多年的发展中,经过各国专家的努力,射频和微波连接器已经形成了完善的标准体系,其重要的里程碑就是 1964 年出台的美国军用标准 MIL-C-39012《射频同轴连接器总规范》。随着技术的发展,近年来也不断有新型的射频连接器问世。如QN和QMA型连接器,这两种连接器的性能分别与N和SMA接近,其显著优点是减小了安装空间和缩短了安装时间;随着环保意识的增强,还出现了采用塑料外壳的DIN7-16型连接器。

在本节中,将对射频和微波连接器的基本结构和指标进行讨论,并详细介绍各种型号的连接器。

绝大部分射频/微波传输线和连接器采用50 Ω 特性阻抗,也有部分系统采用75 Ω 特性阻抗。在本书中,除非特别说明,均指50 Ω 特性阻抗。

1.2.1 射频同轴连接器的基本结构

从结构上,同轴连接器可以分为有极性、无极性和反极性三大类。

绝大多数同轴连接器都是有极性的,其基本结构如图1.13所示。有极性连接器总是由完全匹配的一对插头(Male,也称为阳头)和插座(Female,也称为阴头)组成。注意连接器的属性仅针对内导体而言,而非外导体。其中插头呈针状,而插座则呈孔状。

图1.13 典型的有极性射频连接器结构

无极性连接器的典型产品是7 mm连接器,又称为APC7或者“平接头”。这种连接器没有插头和插座之分,其外导体靠螺纹配合,可以前后伸缩,既可定义为插头,也可定义为插座;而内导体则是靠其顶端的平面接触完成连接。

还有一类叫做反极性连接器,其内导体的属性与我们的常规思维刚好相反,即定义为插头的一端呈孔状,而定义为插座的一端呈针状。在一些主流的射频连接器生产厂的产品目录中时常可以发现这类连接器。FCC(Federal Communications Commission,美国联邦通信委员会)规定了在扩频无线通信系统中可以采用反极性接头,据说是为了不让未经授权的天线设备接入系统中,所以在802.11b/g(2.4 GHz)标准的Wi-Fi设备中常见到反极性的RP-SMA,RP-TNC和RP-BNC连接器,但很少见到应用文章说明采用反极性连接器在技术上的好处。在实验室应用中,不推荐使用反极性连接器。

从插头和插座外导体的配合方式看,同轴连接器又可以分为螺纹式、卡口式和推入式。

应用最为广泛的是螺纹式配合的连接器,其定义为“插头”的一端为螺帽(内螺纹)结构,而“插座”端为外螺纹结构。绝大部分同轴连接器都是螺纹式配合结构的,如常见的N和SMA。精密型的同轴连接器也采用螺纹式结构。

卡口式连接器的典型代表是BNC,这类连接器通常只能由于低频段,频率过高时,信号会从插槽中泄漏出来。

推入式结构的连接器的优点是可以快速插拔,适用于狭小的空间,如OSP。

为了保证机械配合的一致性和电气指标的可重复性,同轴连接器的外形、尺寸、公差及配合方式都必须明确规定。每一对需要配合使用的同轴连接器必须按照同一标准生产。例如,英制的N型和公制的L16型、英制的BNC型和公制的Q9 型连接器虽然尺寸接近,但互换性却不甚理想。目前,绝大部分射频同轴连接器的设计和生产标准参照美军标MIL-C-39012《射频同轴连接器总规范》或国军标GJB681A-2002《射频同轴连接器通用规范》。

从测试和测量角度看,连接器的连接/断开的次数是测试工程师十分关心的指标,因为这关系到连接器的使用寿命。射频/微波连接器的内导体,尤其是呈孔状的插座,通常采用镀金的铍青铜制成,这种材料有良好的恢复性能,而外导体可用铜和不锈钢材料,在额定的力矩下,铜材的寿命为500次,而不锈钢则为1 000次,超过后,连接器的性能指标开始下降。虽然标准中是这样规定的,但连接器的实际使用寿命要远远大于这些规定值(详见1.2.6节)。

1.2.2 射频同轴连接器的设计参数[1]

射频连接器(见图1.14)的通用设计参数包括特性阻抗和TE11模的截止频率。

图1.14 射频连接器结构

特性阻抗为

TE11模截止频率为

上述两式中,a为内导体的半径,b为外导体的内半径,εr为介质的相对介电常数,μr为介质的相对传导率,c 为光速。任何连接器的频率范围都受限于同轴结构中出现的第一个圆波导模,减小电缆的尺寸可以提高连接器的截止频率,用介质填充则会降低使用频率和增加损耗。

1.2.3 射频同轴连接器的主要指标

特性阻抗

与其他微波器件一样,特性阻抗是一项非常重要的指标,它直接影响驻波比,工作频率和插入损耗。常见的连接器特性阻抗有50 Ω和75 Ω。

工作频率范围

射频同轴连接器的下限截止频率是零,其上限工作频率一般是截止频率的95%。工作频率取决于连接器的结构。一般来说,外导体的尺寸越小,连接器的工作频率越高;填充介质的介电常数越低,工作频率越高,插入损耗越低。同轴连接器的最高工作频率可以达到110 GHz。

VSWR(驻波比)

VSWR定义为传输线上电压的最大和最小值之比。VSWR是连接器最重要的指标之一,通常用 VSWR 指标来衡量一个连接器的优劣。作为与电缆配接的连接器,一个直型的N型连接器在端接RG223电缆时,其VSWR为1.15+0.01f /GHz;同样情况下,直角型的N型连接器的VSWR为1.15+0.02f /GHz。而作为转接器,一个N-N转接器在18 GHz时的VSWR可做到1.06。

接触电阻

顾名思义,射频连接器的接触电阻是指其接触点的电阻,分别指内导体和外导体的接触电阻。显然这个值越小越好,通常为mΩ级,外导体的接触电阻要小于内导体。

绝缘电阻

绝缘电阻指绝缘材料的电阻,它取决于接头内的绝缘材料,如聚四氟乙烯。绝缘电阻的典型值大于5 GΩ(N型)。这项指标不好时会产生漏电流。

连接器的耐久性(插拔寿命)

当连接器与其配接的标准连接器完成一次完全啮合和完全分离的循环时,就算一次插拔。在MIL-C-39012标准中,对射频连接器的插拔寿命做了规定。如N型连接器,在每分钟插拔 12 次的前提下,插拔寿命应不小于 500 次,插拔 500次后,连接器应无明显的机械损伤现象,各项配合功能保持不变。

对于测试电缆组件而言,连接器的寿命意味着在完成规定次数的插拔后,电缆组件的VSWR和插入损耗仍然应保持在产品手册中规定的范围内。

连接器的配接力矩

有关连接器的配接力矩,不同制造商所给出的指标并不完全一致,这是因为各自选用的材料不同的缘故。不锈钢材料连接器的配接力矩要大于铜材的连接器。配接力矩越大,意味着连接器的使用耐久性越高。表1.6中列举了几种常用连接器的推荐力矩:

表1.6 连接器的推荐力矩

1.2.4 射频连接器介绍

N型连接器

N 型(同轴)连接器起源于 1942 年,是最早被发明的射频连接器。N 型连接器的命名源自其发明者Bell实验室的Paul Neil的名字,也与Navy(海军)一词相关。N型连接器起初是为了军事应用而研制的。早期的N型连接器的工作频率为4 GHz,到了20世纪60年代后改良为11 GHz;一直到现在,标准N型连接器的工作频率均按照MIL-C-39012标准中规定的11 GHz,也有部分厂家按照12.4 GHz的标准生产;精密型N型连接器(插头)的外导体采用了不开槽结构,以改善其高频性能,其工作频率可达到18 GHz。

从尺寸上,N型连接器类似于7 mm连接器。但N型连接器是有极性的,配接时,插头的插针插入到插座的齿型孔中,电气接触是靠插座齿型孔的内表面紧贴插头上的插针的外表面来实现的。N型连接器的介质采用聚四氟乙烯材料,精密型的也有采用空气介质的。其推荐力矩为0.7 ~ 1.1 N· m(铜材)和1.4 ~ 1.7 N· m (不锈钢)。N型连接器结构上更加牢固,常用于苛刻的工作环境或者需要多次反复插拔的测试领域,它是从DC至18 GHz频率范围应用最为广泛的连接器之一。

N型连接器的常见型式有电缆连接器、系列内和系列间转接器、带状线和微带线连接器。作为电缆连接器,N型连接器可用来配接外径为3~12 mm的柔性、半刚和半柔性电缆,也可以配接更大尺寸的电缆,如外径为28 mm的7/8"波纹管同轴电缆。

与电缆配接时,N型连接器的VSWR性能如表1.7所示。

表1.7 N型连接器的VSWR性能

N型连接器具有良好的无源互调特性,一个经过低互调设计的N型连接器的无源互调指标可以做到-165dBc@2×43dBm。

N 型连接器类似于中国标准的 L16,但是二者不能互换,需要专用的 N 转L16的转接器。近年来出现了一种公英制兼容的N型插座,但是与N型插头连接时,在某些频点上偶尔会出现插入损耗的突变。

N型连接器有50 Ω和75 Ω两种规格,其外形和结构图见图1.15。

图1.15 N型连接器(50 Ω)

BNC型连接器

BNC型连接器起源于20世纪50年代,也是为了军事应用而研制的,称为卡口式的N型连接器,是一种介质填充的有极性连接器。早期的BNC型连接器的最高工作频率为2 GHz,后来改进到4 GHz。通常认为超过4 GHz后,电磁波会从其插槽中泄漏出来。但是也有频率更高的 BNC 连接器,如在 Inmet 公司的一种BNC-N的射频转接器中,BNC的工作频率做到了8 GHz,其VSWR值小于1.15;Maury微波公司的BNC-N的转接器的频率则可以做到10 GHz,其VSWR值小于1.2;而在Weinschel公司的一种12.4 GHz的衰减器上,也采用了BNC接头,其VSWR值做到1.35以下,这是笔者发现的使用频率最高的BNC型连接器。

BNC型连接器的外形与中国标准的Q9型非常接近,很容易混淆,二者不能兼容使用。

尽管 BNC 型连接器也可以做到很高的频率,但在绝大部分的应用中仍将这种连接器用于2 GHz以下的场合。

BNC型连接器有50 Ω和75 Ω两种规格,其外形和结构图见图1.16。

图1.16 BNC型连接器(50 Ω)

TNC型连接器

TNC型连接器是BNC的改良型,其外形尺寸与BNC接近(见图1.17),是一种介质填充的有极性连接器。性能与N型连接器基本相同,其标准型的工作频率为11 GHz,而精密型的工作频率为18 GHz。

图1.17 TNC型连接器

TNC型连接器的最大优点就是有着良好的抗震性能,因此常见于便携式无线电台。在20世纪90年代初期,有很多专业无线电对讲机(相对于业余对讲机)的天线接口就采用了TNC,典型产品有Marantz的HX260系列。但是近年来,大部分专业对讲机都采用了SMA型连接器,SMA的抗震性能虽然不如TNC,但是其尺寸更小,可以使对讲机更加小型化。

7 mm型连接器

7 mm型连接器又称为APC-7型连接器(Amphenol Precision Connector,7 mm),是1960年由HP(Hewlett Packard)公司(现Agilent公司)和Amphenol公司联合开发的。APC-7型连接器是无极性的,每个连接器都可以被称为“插头”或“插座”(见图1.18),这取决于你从哪个方向拧入螺套。当顺时针旋转螺套时,螺套会向外延伸,此时可以把这个端口定义为插座;而逆时针旋转螺套时,螺套会向里缩短,此时这个端口被定义为插头。中心导体之间则是靠顶部接触的平面连接,所以这种接头还有一个俗称叫“平接头”。

图1.18 APC-7型连接器

7 mm型连接器采用空气介质,是所有18 GHz连接器中驻波最低的,同时也是最昂贵的。7 mm 型连接器很耐用,可以多次连接和拆卸,被常用于要求高精度和高重复性的实验和测试领域,如矢量网络分析仪的射频端,常采用7 mm连接器。

HN型连接器

HN型连接器是一种耐高压连接器,其尺寸和N型连接器相当,但最高工作电压却可以达到5 kV,远远超过N型(1.5 kV),其最高工作频率为4 GHz。在半导体晶圆生产过程中,大功率射频源的输出端和传输线上,经常采用HN型转接器。HN型连接器的外形见图1.19。

图1.19 HN型连接器的外形

LC型连接器

LC型连接器是一种耐高压连接器,其功率容量大于HN型连接器,可以超过10 kW使用。其最高工作频率为1 GHz。LC型连接器也常用于大功率场合。

DIN7-16型连接器

DIN7-16型连接器取名于这种连接器的公制尺寸,其内导体的外径为7 mm,外导体的内径为16 mm,而DIN则是Deutsche Industries Norm(德国工业标准)的缩写。DIN7-16的前身是Spinner公司在20世纪50年代发明的6-16(60 Ω)型连接器,到了20世纪60年代,由Spinner公司参与了改良并标准化Spinner. Coaxial Connectors Catalog, Edition F.。这种连接器兼容由旧苏制标准L27演变过来的L29型连接器。

DIN7-16 型连接器是介质填充的有极性连接器,其标准型的工作频率是7.5 GHz,Spinner公司同类产品的工作频率可以达到8.3 GHz(VSWR<1.22)。在所有射频连接器中,DIN7-16具有最好的低无源互调(PIM)性能,可以达到−168 dBc@2×43 dBm,这种性能使其在蜂窝基站的天馈系统中得到了大量应用。

相对于标准型连接器(如N型)和超小型连接器(如SMA型)来说,DIN7-16属于大型连接器,最近 Huber+Suhner 公司推出了一种采用塑料外壳的 DIN7-16型插座,既节省了铜材,又不影响指标。

DIN7-16型连接器见图1.20。

图1.20 DIN7-16型连接器

SMA和SSMA型连接器

SMA型连接器起源于20世纪60年代,其设计者是Bendix Scintilla公司,是“超小A型(Subminiature A)”连接器的缩写。SMA是有极性连接器,其外导体的内径为4.2 mm,填充以PTFE介质。由于尺寸较小,所以SMA型连接器的工作频率要比N型连接器更高,标准SMA型连接器的工作频率为18 GHz,而精密SMA型连接器的工作频率可达到26.5 GHz。由于其内外导体之间加了支撑介质,所以SMA型连接器在26.5 GHz应用时的反射系数不如其他高频设计的连接器。SMA型连接器可与3.5 mm和2.92 mm(K®)连接器配接,互相都不会受到损伤。

SMA型连接器有标准极性和反极性两种,见图1.21。

图1.21 SMA型连接器

SMA 型连接器是一种廉价的商用射频连接器,可能是当前微波和射频行业应用最广的连接器。

SSMA型连接器的尺寸比SMA更小,因此工作频率也更高,可达40 GHz,成本较为昂贵。SSMA 型连接器难用手进行啮合及分离,在实际应用中较为少见。

SMB和SMC型连接器

SMB型连接器起源于20世纪60年代,是“超小B型(Subminiature B)”的缩写。SMB 采用插入式的结构。SMB 是有极性连接器,被称为插头(Plug)一端呈孔状,而被称为插座(Jack)的一端则呈针状,这一点与常规的概念正好相反,类似于反极性连接器。SMB的工作频率为4 GHz,适合与外径为1.8~3 mm的电缆配接,如RG178和RG316/U。

SMC型连接器是“超小C型(Subminiature C)”的缩写。其结构和尺寸与SMB接近,但采用了螺纹式连接方式。SMC的工作频率高于SMB,可达10 GHz。

SMB和SMC型连接器都有50 Ω和75 Ω两种规格。

3.5 mm和2.92 mm(K®型)连接器

这几种连接器均采用了空气介质,从配合结构上均可以与低成本的SMA型连接器进行无损伤的连接。

3.5 mm连接器见图1.22,它是SMA的升级型号,其最高频率为34 GHz。这种连接器还有一些变种型号,如Maury微波的加强型3.5 mm和HP(现Agilent)的加强型3.5 mm,这些型号结构上都进行了改良以提高其强度。

图1.22 3.5 mm连接器

2.92 mm(也被称为 2.9 mm)连接器见图1.23,它是由 Maury 微波在 1974年发明的,其最高频率可以达到 40 GHz;2.92 mm 的另一个版本是 Wiltron (Anritsu)公司的K®型连接器,这种连接器由于可以覆盖整个K波段而被命名为K®型。

图1.23 2.92 mm(K®型)连接器

2.4 mm和1.85 mm(V型)连接器

这几种连接器也采用了空气介质,从结构上均可以互相配合,但是不能兼容SMA、3.5 mm、2.92 mm和K®型连接器。

2.4 mm连接器是在1986年由Julius Botka和Paul Watson所发明的,其最高工作频率为50 GHz;1.85 mm连接器则可以达到60 GHz;而V型连接器则是Wiltron(Anritsu)公司的标准,是因为可以覆盖到整个V频段(60 GHz)而命名。

连接器的成本随着工作频率的升高而提高,某些 V 型连接器的售价可超过500美元。

1 mm连接器

1 mm连接器是顶级的微波连接器,被称为连接器中的“劳斯莱斯”。它是由HP(现Agilent)的Paul Watson在1989年所发明的。其最高工作频率可以达到110 GHz,其成本也是同样惊人的昂贵,一个1 mm连接器的售价超过1 000美元。

QMA型和QN型连接器

QMA型和QN型连接器是近年来出现的新型射频连接器,是Huber+Suhner和Radiall具有共同专利的产品,并联合Rosenberger和Amphenol RF,这四家制造商组成了一个叫QLF®(Quick Lock Formula)的联盟,只有联盟成员可以生产这两种连接器。

QMA型连接器的尺寸与SMA型相当(见图1.24),推荐的使用频率是6 GHz。

图1.24 QMA型连接器

QMA 的主要优点有两条:一是可以快速连接,连接一对 QMA 连接器只需要2 s,远远低于SMA的连接时间(20 s);二是占用的空间比SMA要小,两个QMA连接器之间只需要12.4 mm的间隔空间,而SMA连接器则需要14 mm。

QN型连接器的尺寸与N相当(见图1.25),其推荐的使用频率也是6 GHz。

图1.25 QN型连接器

QN 型连接器的特点与 QMA 型相仿:一是可以快速连接;二是占用的空间比N型要小,两个QN型连接器之间只需要20 mm的间隔空间,而N型连接器则需要29 mm。

从射频性能指标看,QMA型和QN型连接器相比于SMA型和N型连接器并没有突破性的改进,相反还有所降低。但是发明者突出了其两大优点:节约了安装时间和空间。此外,与普通的螺纹连接方式相比,快插式连接不存在电缆的切向扭力。笔者认为,QMA 型和 QN 型连接器是典型的商业化主导的产品,在市场竞争激烈的今天,不失为“蓝海战略”的成功典范。

MCX型连接器

MCX型连接器起源于20世纪80年代,符合欧洲电子元器件协会CECC22220标准。MCX是快速插拔插入式结构的有极性连接器,其内导体和绝缘子的尺寸略小于SMB;而插头直径为3.56 mm,比SMB小30%。在重量和空间受到限制的应用场合,MCX型连接器为设计者提供了选择。MCX的工作频率可达到6 GHz。

MMCX型连接器

MMCX型连接器也被称为MicroMate™,起源于20世纪90年代,符合欧洲电子元器件协会CECC22000标准。MMCX是插入式结构的有极性连接器,是最小的射频连接器之一。MMCX 型连接器可用于射频线路板中,其工作频率可达到6 GHz。

SMP型连接器

SMP型连接器是一种插入式结构的有极性连接器,其尺寸与MMCX型相当,工作频率可达到40 GHz。SMP型连接器常用于小型化设备的线路板中。

1.2.5 射频连接器的无源互调特性

射频无源器件的互调失真,即无源互调(PIM)是由于其非线性特性而引起的,连接器也不例外。产生射频连接器或电缆组件非线性的主要原因是导体的接触不良,而产生接触不良的主要原因有连接器的配接力矩不足,表面镀层不均匀,金属表面氧化,触点表面有杂质和表面腐蚀等。此外,磁性材料如镍和钢均会产生非线性因素。

要保证射频连接器的低互调性能,在设计中可采用焊接的内导体和一体化的外导体结构,这样可以避免由于风、振动和热胀冷缩效应所产生的接触不良。连接器的表面涂敷也很重要,内导体可以采用镀金或镀银工艺,外导体可以镀银或三元合金来保证无源互调指标。在所有射频连接器中,N型和DIN7-16型具有最好的无源互调特性,其指标可以达到−165 dBc~−168 dBc@2×43 dBm。

在所有无源器件中,射频连接器的无源互调测量是最困难的。这种困难体现在两个方面:

(1)一套精密的无源互调测量系统,最终也是靠射频电缆与被测器件连接的。无源互调的测量是一个串联系统,如系统剩余互调为−168 dBc@2×43 dBm,其中必然包含了测试电缆自身的无源互调指标。而用这样一套系统,要测量出同等指标的射频连接器的无源互调,从测量原理上讲,其最终测量精度是值得商榷的。

(2)射频连接器不能独立参加测试,必须连接到电缆或者夹具进行测试,在此过程中,电缆和测试夹具的自身无源互调指标必须优于被测连接器。要保证测试夹具的低无源互调指标比电缆更加困难。

在第10章中,将对无源互调及其测量问题进行较为详细的讨论。

1.2.6 射频连接器的寿命

如果从射频测试和测量角度来评估一个射频转接器或测试电缆组件,应用工程师不仅关心其出厂时的指标,而且更加关心其使用寿命。

射频电缆组件的寿命取决于三个因素:电缆本身的抗弯曲性能;电缆和连接器之间的良好连接及其防折弯性能;连接器的寿命。对于前两项因素,可以采取工装夹具或者规范操作者的动作来保证;而对于连接器的寿命,则只能依赖连接器本身的质量以及装配工艺来保证了。

以 N 型连接器为例,在射频连接器的国际标准,如美军标 MIL-C-39012和国际电工委员会IEC 60169-16中,规定了N型(铜材)连接器的插拔寿命是500次。

MIL-C-39012是这样描述的:在12圈/分钟的条件下,最少插拔500次,连接器应满足配合要求。而IEC 60169-16中则规定了在0.7~1.1 N·m的力矩条件下,最少的插拔寿命为500次。

在与射频测试电缆的使用者的交流中,我们时常可以听到这样的声音:500次?太少了,我们至少都要用到几千次!

之所以有这样的认识,是因为没有了解连接器的各种应用条件和标准中所规定指标的具体含义。仔细分析标准中规定指标的附加条件并结合实际应用的经验,可以对射频连接器的寿命定义得出以下结论:

(1)500次的寿命是在N型连接器规定力矩(0.7~1.1 N·m)条件下的指标。要达到这个力矩,需要采用专用的力矩扳手,普通人的正常操作无法达到这个力矩。笔者针对N型连接器做过一个实验:当感觉用手已经拧紧时,用标准力矩扳手(Suhner P/N 74 Z-0-0-193)还可以再拧紧将近半圈。

(2)所谓500次寿命的含义是:当按照规定力矩插拔500次之内,所有的电气指标是保证在出厂指标的规定范围内。以 BXT 生产的射频测试电缆组件为例(Nm-Nm,1 m长,BXT P/N RG223-03-03-1000A),其出厂指标为插入损耗0.84~1.4 dB@dc-3 GHz;VSWR为1.15~1.25@dc-3 GHz。当插拔500次后,上述指标依然是可以保证的。

(3)除非精密的计量和校准测试,在生产线上,很少采用昂贵的标准力矩扳手来拆装射频连接器,所以说在实际使用时,射频连接器所承受的力矩要远小于规定值。同时,靠人力拧紧的连接器完全可以满足指标的要求。这就给延长连接器的使用寿命创造了条件。

当然,测试电缆组件的制造商不会仅仅希望靠减小力矩来延长射频连接器的寿命,而是从连接器本身的质量来保证有足够长的使用寿命。那么,一个射频连接器的寿命究竟有多长呢?为了获得一个相对确切的数据,笔者进行了一次射频连接器的插拔寿命实验。

射频连接器的插拔寿命实验方法

实验对象是一条长度为1 m,两端为N型插头的RG223测试电缆组件(BXT P/N:RG223-03-03-1000A),被测的 Nm接头的螺套和外导体采用铜镀三元合金材料,内导体则采用镀金黄铜。实验是在以下条件下进行的:

(1)实验针对其中一端的Nm接口,与一个Nf连接器进行对接,采用扳手进行连接和拆卸。为了保证精度,采用了不锈钢材料 Nf 接头,一般情况下,不锈钢材料的连接器的寿命是1 000次,这要比铜材高出整整一倍。

(2)每插拔一次为一个循环(见图1.26),每 100 次插拔后测量一次电缆组件的插入损耗和被试验端的接口的驻波,并记录在2.2 GHz频率点上的数值。实验共进行了2 400次。

图1.26 射频连接器的寿命实验方法

寿命实验结果

最终测试结果见图1.27至图1.30,其中图1.27为电缆组件在0~2.2 GHz时插入损耗随着插拔次数的变化趋势图,图1.28为0~2.2 GHz时VSWR随着插拔次数的变化趋势图。

图1.27 0~2.2 GHz时插入损耗随插拔次数的变化

图1.27和图1.28说明,电缆组件的插入损耗总是随着接头的磨损而变大;而驻波则无明显的劣化现象,其典型值基本保持在1.07~1.09之间。

图1.28 0~2.2 GHz时VSWR随插拔次数的变化

图1.29和图1.30分别表示扫频条件下射频连接器的插入损耗和驻波比的变化,分别记录了在插拔1 000次、1 600次和2 000次情况下从10 MHz到3 GHz的指标。扫频结果显示,在整个工作频段内,其插入损耗和驻波的变化特征与点频是一致的。

图1.29 射频连接器插入损耗随插拔次数的变化(扫频)

图1.30 射频连接器VSWR随插拔次数的变化(扫频)

结论

虽然上述实验仅仅针对一只射频连接器,但是从实验结果依然可以得出一些参考结论:

(1)正常使用前提下,射频连接器的寿命将会大大超过500次的标准值;

(2)在整个频段内,没有发现某个频点有插入损耗和驻波的跳变现象。

射频连接器的插入损耗值随着机械磨损而逐渐增加;而驻波则几乎没有变化;从过程看,似乎没有一个明显的失效点,所以在生产线上,如果没有发现电缆的明显故障,应建立强制报废制度,以保证测试指标。