連接器射頻性能隨溫度變化的試驗分析

王榕欣

(陜西華達科技股份有限公司，陜西西安，710065)

1 前言

射頻連接器是無線電電子設備和儀表中必不可少甚至是關鍵的電子元件。電壓駐波比和插入損耗是射頻連接器的兩項極重要的射頻性能參數(shù)。

通常采用矢量網(wǎng)絡分析儀測試連接器的電壓駐波比和插入損耗都是在常溫下測試，但對于連接器而言，使用溫度一般為-65℃～165℃。通常認為，連接器的電壓駐波比和插入損耗隨溫度不會產(chǎn)生明顯的變化。事實果真如此嗎？本文將通過實際測試連接器在不同溫度情況下的電壓駐波比和插入損耗，通過實測數(shù)據(jù)說明連接器在不同溫度下的電壓駐波比和插入損耗的變化。

2 試驗方法

為了測試連接器在溫度變化下的電壓駐波比和插入損耗變化，首先連接器必須放置到高低溫試驗箱中，由于矢量網(wǎng)絡分析儀必須置于高低溫試驗箱外，因此需要從箱內引出兩根電纜組件，這兩根電纜組件和連接器相連形成聯(lián)測電纜組件(見圖1)，伸出端和矢量網(wǎng)絡分析儀相連測試，用這種方法可以測出聯(lián)測電纜組件的電壓駐波比和插入損耗，對于連接器電壓駐波比的變化可以通過聯(lián)測電纜組件電壓駐波比的變化來觀測，對于連接器插入損耗的變化需要用聯(lián)測電纜組件的插入損耗減去兩根電纜組件的插入損耗來觀測。

圖1 聯(lián)測電纜組件圖

3 試驗過程

3.1 首次試驗

3.1.1 試驗方案制定

選取2.92-JK轉接器、2.92-JFD和2.92-KFD微帶連接器，分析其在溫度變化下的產(chǎn)品的電壓駐波比和插入損耗的變化。試驗溫度：-65℃、-55℃、-20℃、-10℃、+25℃、+35℃、+55℃、+85℃、+100℃、+125℃、+140℃、+155℃、+165℃，在每個溫度下保持30min。在不同溫度下測試產(chǎn)品的電壓駐波比和插入損耗。

對于2.92-JK轉接器，可以直接和電纜組件相連測試，但對于2.92-JFD和2.92-KFD微帶連接器單只無法直接和電纜組件相連測試產(chǎn)品的電壓駐波比和插入損耗。由于2.92-JFDG連接器內導體和2.92-KFDG連接器內導體尾部均為插孔，且這兩種連接器內部結構和尺寸均相同，所以在測試時將二者背靠背連接(如圖2)，內導體尾部用插針相連組成連接器對。將2.92-JK轉接器、2.92-JFD和2.92-KFD組成的連接器對放到高低溫試驗箱內載具上，分別用兩根電纜組件，一端伸進高低溫試驗箱和連接器對相連，一端在高低溫試驗箱外和矢量網(wǎng)絡分析儀測試端口相連進行測試。本次試驗選取電纜組件(2.92-JX/2.92-JX-L)和(2.92-JX/2.92-KX-L)兩根長度合適的電纜組件。2.92-JK轉接器的兩端、2.92-JFDG和2.92-KFDG連接器對的兩端分別和電纜組件(2.92-JX/2.92-JX-L)和(2.92-JX/ 2.92-KX-L)相連，組成聯(lián)測電纜組件，安裝如圖3所示。

圖2 連接器配對試驗

圖3 聯(lián)測電纜組件高低溫試驗箱中放置及安裝

3.1.2 測試步驟

步驟一、 校正矢量網(wǎng)絡分析儀，范圍為100 MHz～40GHz，頻率間隔100 MHz，端口為2.92-K，記錄校準狀態(tài)；

步驟二、2.92-JK 、2.92-KFD 與2.92-JFD配對，進行此試驗；

步驟三、先將電纜組件(2.92-JX/2.92-JX-L)和電纜組件(2.92-JX/2.92-KX-L)連接，組成電纜組件對，(25±2)℃下測試電纜組件對的電壓駐波比及插入損耗；將電纜組件(2.92-JX/2.92-JX-L)、(2.92-JX/2.92-KX-L)與2.92-JK組成聯(lián)測電纜組件1，將電纜組件(2.92-JX/2.92-JX-L)和2.92-KFD、(2.92-JX/2.92-KX-L)與2.92-JFD組成聯(lián)測電纜組件2，(25±2)℃測試聯(lián)測電纜組件的電壓駐波比及插入損耗。

步驟四、將聯(lián)測電纜組件在高低溫試驗箱中放置及安裝如圖3；

步驟五、將高低溫試驗箱的溫度恒定在(25±2)℃，保持10min，測試完所有聯(lián)測電纜組件的電壓駐波比及插入損耗,記錄每個測試頻率點數(shù)據(jù)；

步驟六、將高低溫試驗箱的溫度下降至-10℃、-20℃、-55℃,直至(-65±2)℃；

步驟七、極限溫度保持30min，測試完所有聯(lián)測電纜組件的電壓駐波比及插入損耗，記錄每個測試頻率點數(shù)據(jù)；

步驟八、依次在-65℃、-55℃、-20℃、-10℃、+25℃、+35℃、+55℃、+85℃、+100℃、+125℃、+140℃、+155℃、+165℃溫度點按步驟六～步驟七進行試驗；

3.1.3 測試數(shù)據(jù)處理

單只轉接器插入損耗=(聯(lián)測電纜組件插入損耗-電纜組件對的插入損耗)。

單只微帶連接器插入損耗=(聯(lián)測電纜組件插入損耗-電纜組件對的插入損耗)/2。

3.1.4 測試結果

測試完成后發(fā)現(xiàn)，連接器的插入損耗變化在-0.9dB～0.6dB之間波動，見圖4和圖5，變化數(shù)值較大并且插入損耗出現(xiàn)正值說明試驗數(shù)據(jù)存在問題。通過分析發(fā)現(xiàn)由于在試驗的過程中，電纜組件有一部分在高低溫試驗箱中，并且長度要遠遠大于連接器的長度，因為電纜隨溫度的變化插入損耗會有較大的變化，實際測試時，低溫時聯(lián)測電纜組件插入損耗和25℃相比會變小，高溫時聯(lián)測電纜組件插入損耗和25℃相比會變大，因此用每個溫度點聯(lián)測電纜組件的插入損耗值減去25℃時測試電纜組件對的值會出現(xiàn)低溫插入損耗

圖4 2.92-JK射頻插入損耗隨溫度變化的特征曲線

圖5 2.92-JFD、2.92-KFD射頻插入損耗隨溫度變化的特征曲線

為正和高溫插入損耗為負的情況，同時這樣測試也無法真實反映出連接器插入損耗的變化。

3.2 試驗方案的調整

由于在連接器的測試中需要引入電纜組件，而電纜組件深入到高低溫試驗箱的長度約為300mm，遠大于連接器的長度，因此按上述方法測試只是反映了電纜組件插入損耗的變化，無法反映連接器插入損耗的變化。為排除電纜組件的引入對連接器插入損耗的影響，那么需要找到每個溫度點下電纜組件對實際的插入損耗值，因此在后面的測試中引入一對電纜組件對(2.92-JX/2.92-JX-L)和(2.92-JX/2.92-KX-L)作為比測電纜組件和聯(lián)測電纜組件共同試驗。在每個溫度點下將測試聯(lián)測電纜組件插入損耗值和比測電纜組件插入損耗值進行比較，測試數(shù)據(jù)處理按下述公式處理：

單只轉接器插入損耗=(聯(lián)測電纜組件插入損耗-比測電纜組件對的插入損耗)。

單只微帶連接器插入損耗=(聯(lián)測電纜組件插入損耗-比測電纜組件對的插入損耗)/2。采用這個方法目的是用每個溫度情況下聯(lián)測電纜組件插入損耗減去比測電纜組件對的插入損耗，而非減去25℃時測試電纜組件對的插入損耗。這樣做可以最大程度排除測試電纜組件對插入損耗的變化對試驗結果產(chǎn)生的影響。

為了保證試驗的準確性，在加工測試電纜組件對(2.92-JX/2.92-JX-L)和(2.92-JX/2.92-KX-L)時保證每組的插入損耗值相差盡可能小，最好控制在0.15dB以內。先在25℃下測試每組的電壓駐波比及插入損耗，并選其中一組作比測電纜組件。比測電纜組件對J頭和K頭相連，放入高低溫試驗箱中，另外兩端伸出高低溫試驗箱。其余各組分別和2.92-JK、2.92-JFD和2.92-KFD連接器對連接，組成聯(lián)測電纜組件，產(chǎn)品端放在高低溫試驗箱內載具上，注意每組伸入高低溫試驗箱的電纜長度應保持一致，另外兩端伸出高低溫試驗箱和矢量網(wǎng)絡分析儀相連，依次在-65℃、-55℃、-20℃、-10℃、+25℃、+35℃、+55℃、+85℃、+100℃、+125℃、+140℃、+155℃、+165℃溫度點進行測試每組聯(lián)測電纜組件的插入損耗和比測電纜組件對的插入損耗。

4 試驗結果和結論分析

本次試驗各選擇3只2.92-JK 、2.92-KFD 、2.92-JFD進行，電壓駐波比在DC～40GHz測試，記錄最大值，結果見表1，插入損耗測試結果見圖6和圖7。

從表1、圖6、圖7的曲線可以看出，電纜組件及連接器在全溫度范圍內的電壓駐波比變化量小，存在無規(guī)律波動現(xiàn)象；電纜組件的插入損耗隨溫度變化較大，實際測試時，低溫時電纜組件插入損耗和25℃相比會變小，高溫時電纜組件插入損耗和25℃相比會變大，連接器由于自身長度較短的原因，插入損耗變化不明顯，隨溫度也會產(chǎn)生一些波動，在0.05dB以內。另外此次試驗時連接器組兩端接了兩根電纜組件，雖然在測試插入損耗時做了比測電纜組件對進行同步測試，但是由于電纜單體之間的差異，所以結果會受到電纜組件變化的影響。

表1 全溫度范圍電壓駐波比測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計

圖6 2.92-JFD、2.92-KFD射頻插入損耗隨溫度變化的特征曲線 圖7 2.92-JFD、2.92-KFD第二組射頻插入損耗隨溫度變化的特征曲線