是德秘诀:高速射频连接器

连接器是电子测量中必不可少的重要部件,无论测试仪表还是DUT,无论线缆还是附件,处处都有形形色色的不同连接器的身影。


对于测试工程师而言,经常用到的连接器有N型、BNC型、SMA型、3.5 mm、2.92 mm、2.4 mm、1.85 mm、1 mm这几种。我们先来选取一些比较常用的连接器了解一下:

是德秘诀:高速射频连接器

SMA连接器

由Bendix  Scintilla公司在50年代设计,成本低,普及度高。内部由PTFE填充,因此高频性能差。外导体的壁比较薄,非常容易被磨损和损坏,因而可靠性差。

3.5mm连接器

最初由惠普公司(是德科技的前身)开发,早期由安费诺公司制造。它的设计理念是打造坚固耐用的物理接口,尺寸上与常见的SMA相匹配,使用寿命可达数前次连接。它的内导体由一个塑料环而不是介电材料支撑,因此工作频率大大提升。3.5mm阴头内导体有几种不同类型,四瓣插槽,或精密无槽。

2.92mm 连接器

这种连接器由安立公司设计,通常被称为K头,可不受模式限制在最高40GHz的频率范围内使用。它可与SMA和3.5mm连接器匹配,但是不确定度会增加,不适用于精密测量,并且容易损坏。

2.4mm 连接器

这种连接器由惠普(是德科技的前身)、安费诺和M/A-COM公司开发,本质上是3.5mm连接器的缩小版,因此最大频率也大大提高了。2.4mm连接器广泛应用于50GHz系统中,实际可以工作到60GHz。这种设计通过增加连接器外壁厚度并加固阴头引脚,消除了SMA和2.92mm容易损坏的缺点。2.4mm连接器不能与3.5mm,2.92mm,SMA混用,实际上它的螺纹设计就是要防止与3.5mm等连接器混用。

1.85mm 连接器

由惠普公司(是德科技的前身)于20世纪80年代中期开发,是2.4mm的缩小版,最初设计用于67GHz频率,实际可工作至70GHz。1.85mm连接器可以与2.4mm机械兼容。1988年惠普向外界公开了自己的设计,以鼓励连接器类型的标准化。

1.0mm 连接器

这种连接器是目前工作频率最高的同轴连接器。在1989年由惠普公司(是德科技的前身)的Paul Watson发明,工作频率标定在110GHz,但是实际频率可以工作到120GHz,有些版本甚至可以达到140GHz。由于它的体积小,连接时很容易受损,需要使用单独的力矩扳手,并且严格遵循操作说明进行操作。

以上这些耳熟能详,朝夕相处的连接器名字里都带有直径尺寸。这个标注的尺寸指的是外导体的内径。这一尺寸和内导体的外径一起,直接决定了连接器的最高工作频率以及散射性能(S参数)。
是德秘诀:高速射频连接器
因此,不正确地使用连接器会导致错误的测试结果,而另一方面,劣质或磨损的连接器会损坏其他昂贵仪表和线缆的接口。所以,日常使用连接器必须千万小心避雷。
雷区一
使用错误的连接器或有故障的连接器
2.4 mm的连接器不能与2.92 mm,3.5 mm,SMA的连接器混用。不正确的使用方法会造成永久性机械损坏。有问题的连接器需要及时弃用,否则会影响到与之连接的其他设备。例如偏针的阳性连接器会损坏与之相连的阴性连接器内导体。
雷区二
徒手拧连接器
徒手拧连接器时,会带来很差的测试结果。下图是一个真实的1.85 mm连接器S21相位的重复性实验结果。由于没有使用力矩扳手,相位结果在30 GHz发生跳变。后面的数据表格详细比较了测量误差——频率越高,误差越大。是德秘诀:高速射频连接器
雷区三
使用错误的力矩扳手来拧连接器
第三个大雷区,就是使用错误的力矩扳手来拧连接器。使用力矩扳手的原因, 是确保每次连接所施加的力都是一样的,也就是每次都一样松紧,这样可以获得可重复的测量结果,并且保证不会由于用力过猛伤害连接头。所以,不同的连接头由于其尺寸、材料、属性的不同,需要使用不同的力矩扳手,下面这个表给大家做参考。
是德秘诀:高速射频连接器
雷区四
不正确使用力矩扳手来拧连接器
还有些时候,力矩扳手都选对了,但是,依然造成了连接器的损坏。这又是为什么?很简单,您的方法错了。是的,方法很重要,比如,力矩扳手把握的位置、角度,等等。我们刚才所说的这么多连接器中,1.0 mm连接器尤为脆弱,因此在连接时更需要严格遵循操作步骤。我们特意准备了下面这个小视频,给大家详细讲解1.0 mm连接器连接的操作步骤。
雷区五
把连接器放在一起收纳管理
我们在有些用户的现场,发现大家把所有的连接器都装在一个盒子里的情况。这样的好处是存取方便。但是带来的问题就是,每次寻找连接器的时候,需要在盒子里翻找,连接器会发生碰撞,容易造成机械磨损,由于尺寸的改变影响阻抗,从而导致性能下降;甚至可能最终导致连接器的损坏。因此,我们建议连接器分开收纳。如果一定要集中在一起,可以找一块防静电的材料,按照连接器尺寸挖一些凹槽,把连接器分别放入。这样一目了然,方便存取,也能很好的保护连接器不受损坏。

来源:是德科技 KEYSIGHTCN,硬件之间allchiphomes整理编辑

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