干货 | 射频同轴接头

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作为一个射频工程师,测试人员,在日常的工作过程中,接触最多的除了测试仪表,校准件,连接线缆之外,就是各种不同设备之间的转接头了。我们在维修的过程中,发现有比较多的仪器的损坏,或者是测试指标不稳定,是由于转接头的损坏造成的,而且有些接头的连接固定的方式不对,每次修好的仪器,过去后客户又按照他们原来的方式去拧紧了。特别是在一些生产型的企业,由于操作人员流动性比较大,很多员工对于各种转接头都不一定认识,也不明白转接头为什么会损坏。基于上述的原因,结合自己这些年的维修,我对一些常见的转接头做了一个介绍,主要从下面 6 个方面来展开。

 


1、转接头类型和结构


2、转接头等级


3、转接头之间的匹配


4、转接头的损坏


5、检查转接头


6、转接头的连接

 

东西都是很基础的,但是千里之穴溃于蚁堤,如果我们都注意这些细节了,那我们的仪表就少了一个损坏的原因,我们的测试结果也会更加的稳定、可信。 

 

一、转接头类型和结构

同轴转接头用于传输射频信号,其传输频率范围很宽,可达 50GHZ 或者更高,主要用于雷达、通信、数据传输以及航空航天设备。同轴转接头的基本结构包括:中心导体,介电材料(或称为绝缘体),外导体(该部分起着如同轴电缆外屏蔽层一样的作用)。同轴转接头主要分为 SMA, SMB,N 型,3.5MM,2.4MM, 1.85MM ,1.0MM,APC-7MM 等

 

 

同轴转接头的通用常识

 

 

描述一个转接头的基本要术 :

1:接头类型 --- 比如 SMA ,3.5MM , N 型


2:特性阻抗 --- 连接器的阻抗一般就分为 50 欧姆 和 75 欧姆 3:接触方式 --- 公头 ,母头

 

在提转接头需求的时候,只要满足这三个基本要求,大家就明白您需要的是什么东西了:

 

比如需要一个 N 型转 3.5MM 的转接头,这样描述:需要一个 50 欧姆阻抗的, 一端是 N 型公头,一端是 3.5MM 母头的转接头。那就没有问题了。 

 

二、转接头等级

通常每种类型的转接头都有三个等级的产品,在兼顾成本和性能的情况下,为每一种提供合适的转接头。有些特殊的转接头(连接器)可能没有全部三个等级的产品。

 

计量级

· 校准用标准件


· 最高性能的无槽连接设计


· 最小的公差


· 空气介质


· 长寿命


· 高生产成本

 

在所有连接器的等级中,计量级的连接器的性能最好,同时他的成本也是最高的。一般在用作校准标准件,性能验证标准件和一些需要精密连接的应用场合。这个等级的连接器的尺寸最精确,公差最小,可以经受住多次的反复连接,所以也是所有等级中使用寿命最长的。

 

计量级的转接头在材料和尺寸上指标是最接近的。为了提供最高等级的性能和可追溯性,计量级的转接头使用了空气介质接口和无槽型的母头连接。

 

虽然计量级的转接头的重复性很好,在多次使用后还能提供很好的准确度,但是这并不是说计量级的转接头很结实,使用的时候不需要很小心。相反的,由于这种等级的转接头在生产过程中使用的工具和制程是最高精度的,用比他低等级的转接头和计量级的转接头匹配,灰尘和其他一些小的碎屑,都会使得一次高精度的测量无效,同时有可能损坏计量级的转接头。

 

注意: 不要使用你的计量标准件的转接头(计量级)到生产级的转接头上。 

 

仪器级

· 使用在仪器的输出输入接口和一些经济型的校准件上


· 较好的性能


· 较小的公差


· 支持非传导介质接口


· 长使用寿命

 

仪器级的接头一般被认为是“中间等级”的接头。这个等级的接头主要用在仪器的里面的连接线和仪器的接头上,一些经济型的校准件上也会使用这个等级的转接头。它能提供比较好的测试性能和比较小的公差。和计量级的转接头相比较,因为有的仪器级的转接头可能使用了非传导介质的接口,有可能不能和计量级的接头完美匹配。

 

注意: 虽然学术上叫仪器级, 但是一些仪器上的测试连接头采用了非常精密的接头(非常接近计量级),因此在使用过程中尽量在仪器的测试端口上加上适当的转接头。

 

生产级

· 用在产品上


· 低性能


· 公差大


· 支持非传导介质接口


· 有限的连接次数


· 成本低

 

这是最低等级的连接器,一般都用在测试产品上面,由于他的公差比较大,这个等级的连接器的性能也是所有的等级里面最差的 。每次在使用这个等级的连接器连接到仪器上的时候,您需要仔细的检查一下连接器。不要使用生产级的连接器连接你的计量级的连接器。生产级的连接器的成本比较低,使用寿命比较短。如果被测件的接头等级比较低,在连接仪器的使用,请使用适当的转接头保护一下仪器的接头。

 

三、转接头之间的匹配

转接头外导体的尺寸的不同,预防不互相兼容的接头的混用。表格中背景颜色一样的接头的外导体尺寸是一样的,所以可以安全的匹配使用。

 

但是在日常使用过程中,磨损,缺乏清洁,错误的连接方法,不好的保存方式都会对转接头造成损坏。使用一个损坏的,或者有缺陷的转接头,会造成与它相匹配的那个接头的损坏,所以在使用转接头之前,请先清洁和检测一下所有的接头。

 

此外,并不是所有的转接头都有三个等级,不同的转接头在匹配使用的时候,生产级的有可能会对计量级的转接头造成伤害,参照转接头的等级使用适当的转接头来过渡。

 

下表中的前面 5 个接头都是使用了空气介质,接头的命名也是由空气介质的直径来决定的。连同后面的注释,我们可以很方便的识别这些转接头。 

 

 

APC-7MM 接头不是典型的毫米波接头,因为他的最大频率只能到 18G。但是 APC-7MM 接头非常的耐用,具有极好的驻波比。他没有等级之分,也没有公头母头的区别。他的外观都是一样的,所以在使用 APC-7MM 接头的时候,需要注意一些事项。

 

 

在日常的仪器维修过程中,我们经常发现安捷伦的 8753E 系列的网络仪,客户把两个螺母都拧紧了,反而造成了仪器测试的不稳定,同时也容易损坏接头。 

 

四、转接头的损坏 

1、公头母头内导体尺寸有偏差

 

 

这种类型的损坏,在不同等级的接头之间混用最容易发生。因为生产级的公差比较大,有些劣质的公头的中心导体直径偏大,在使用这种接头的时候,就直接把母头损坏了。 还有就是在一些 75 欧姆的网络仪上,由于使用人员的粗心,使用了 50 欧姆的连接线,也会直接把 N 型 75 欧姆的母头直接损坏。

 

2、转接头公头的 PIN depth 尺寸太长

 

 

3、公头的内导体变形

 

 

五、检查转接头

毫米波接头的很小,机械公差都很精密。一个很小的缺陷,损坏,或者是脏了,都会影响他的精度和重复性。所以我们在使用的时候需要对它做一下检查,避免使用有缺陷的转接头,影响我们测试的指标和稳定性。

 

检查转接头的时候请带好静电手环, 至少使用一个 10 倍的光学放大镜 , 要同时检查公头和母头。 

 

1、无槽型母头

 

 

2、开槽型 母头

 a:检查内导体簧片的接触完整性

 

 

 b:检查公头母头的同心性

 

 

 

3、检查转接头的 PIN Depth

这种需要专用的计量工具,对每个转接头的 PIN Depth 做检测,一般情况下我们都不会使用,在这里我就不做介绍了,有兴趣的可以自己去查阅相关的资料和检测方法。

 

六、转接头的连接

在连接各种测试电缆,转接头的时候,我们需要注意一些基本的事项,这样才能在保证建立一个良好的连接的前提下,尽量减少接头之间的磨损,延长接头的使用寿命。 

 

1、首先检测所有需要连接的转接头,有没有第五节描述的问题 。

 

2、对齐两个接头之间的中心导体,将接头平缓的推入,能感觉到公头和母头的中心导体有个接触。

 

 

3、一段固定,旋转另外一端。直到用手无法拧动。

 

 

4、用合适的力矩扳手,固定连接。

 

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