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射频连接器的寿命试验,您了解多少?

2021/4/4 10:35:41
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  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,电缆和接头之间的良好连接及其抗弯曲性能,接头的寿命。对于前二项因素,可以采取工装夹具或者规范操作者的动作来保证;而对于接头的寿命,则只能依赖接头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。


  是这样描述的:在12圈/每分钟的条件下,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0.7-1.1Nm的力矩条件下,最少的插拔寿命为500次。


  在和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(0.7-1.1Nm)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型连接器做过一个试验: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生产的测试电缆为例(Nm-Nm,1米长,BXT P/N RG223-03-03-1000A),其出厂指标为插入损耗0.84~1.4dB/dc-3GHz;驻波比为1.15~1.25@dc-3GHz。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。


  作为测试电缆组件的提供商,BXT不会仅仅希望靠减少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试验。


  射频连接器的插拔寿命试验方法


  试验对象是一条长度为1米,二端为Nm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。试验是在以下条件下进行的:


  1.试验针对其中一端的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,采用了不锈钢材料的Nf接头,一般情况下,不锈钢材料的连接器的寿命是1000次,这要比铜材高出整整一倍。


  2.每插拔一次为一个循环(图1),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2.2GHz频率点上的数值。试验共进行了2400次。

射频连接器的寿命试验,您了解多少?

  图1.射频连接器的寿命试验方法


  寿命试验结果


  最终测试结果见图2和图3,其中图2(a)为电缆组件在2.2GHz时插入损耗随着插拔次数的变化,图2(b)为2.2GHz时驻波随着插拔次数的变化。

射频连接器的寿命试验,您了解多少?

  图2. 射频连接器的寿命试验(点频


  图2中的红色趋势线说明,尽管实测值有些波动,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,其典型值始终保持在1.07~1.09之间。

射频连接器的寿命试验,您了解多少?

  图3. 射频连接器的寿命试验(扫频


  图3是扫频条件下的插入损耗和驻波变化,分别记录了在插拔1000次,1600次和2000次情况下从10MHz-3GHz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。


  结论


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


  2.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;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。


  3.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。


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