连接器射频性能随温度变化的试验分析

2023-01-18王榕欣

机电元件 2022年6期

王榕欣

(陕西华达科技股份有限公司，陕西西安，710065)

1 前言

射频连接器是无线电电子设备和仪表中必不可少甚至是关键的电子元件。电压驻波比和插入损耗是射频连接器的两项极重要的射频性能参数。

通常采用矢量网络分析仪测试连接器的电压驻波比和插入损耗都是在常温下测试，但对于连接器而言，使用温度一般为-65℃～165℃。通常认为，连接器的电压驻波比和插入损耗随温度不会产生明显的变化。事实果真如此吗？本文将通过实际测试连接器在不同温度情况下的电压驻波比和插入损耗，通过实测数据说明连接器在不同温度下的电压驻波比和插入损耗的变化。

2 试验方法

为了测试连接器在温度变化下的电压驻波比和插入损耗变化，首先连接器必须放置到高低温试验箱中，由于矢量网络分析仪必须置于高低温试验箱外，因此需要从箱内引出两根电缆组件，这两根电缆组件和连接器相连形成联测电缆组件(见图1)，伸出端和矢量网络分析仪相连测试，用这种方法可以测出联测电缆组件的电压驻波比和插入损耗，对于连接器电压驻波比的变化可以通过联测电缆组件电压驻波比的变化来观测，对于连接器插入损耗的变化需要用联测电缆组件的插入损耗减去两根电缆组件的插入损耗来观测。

图1 联测电缆组件图

3 试验过程

3.1 首次试验

3.1.1 试验方案制定

选取2.92-JK转接器、2.92-JFD和2.92-KFD微带连接器，分析其在温度变化下的产品的电压驻波比和插入损耗的变化。试验温度：-65℃、-55℃、-20℃、-10℃、+25℃、+35℃、+55℃、+85℃、+100℃、+125℃、+140℃、+155℃、+165℃，在每个温度下保持30min。在不同温度下测试产品的电压驻波比和插入损耗。

对于2.92-JK转接器，可以直接和电缆组件相连测试，但对于2.92-JFD和2.92-KFD微带连接器单只无法直接和电缆组件相连测试产品的电压驻波比和插入损耗。由于2.92-JFDG连接器内导体和2.92-KFDG连接器内导体尾部均为插孔，且这两种连接器内部结构和尺寸均相同，所以在测试时将二者背靠背连接(如图2)，内导体尾部用插针相连组成连接器对。将2.92-JK转接器、2.92-JFD和2.92-KFD组成的连接器对放到高低温试验箱内载具上，分别用两根电缆组件，一端伸进高低温试验箱和连接器对相连，一端在高低温试验箱外和矢量网络分析仪测试端口相连进行测试。本次试验选取电缆组件(2.92-JX/2.92-JX-L)和(2.92-JX/2.92-KX-L)两根长度合适的电缆组件。2.92-JK转接器的两端、2.92-JFDG和2.92-KFDG连接器对的两端分别和电缆组件(2.92-JX/2.92-JX-L)和(2.92-JX/ 2.92-KX-L)相连，组成联测电缆组件，安装如图3所示。

图2 连接器配对试验

图3 联测电缆组件高低温试验箱中放置及安装

3.1.2 测试步骤

步骤一、校正矢量网络分析仪，范围为100 MHz～40GHz，频率间隔100 MHz，端口为2.92-K，记录校准状态；

步骤二、2.92-JK 、2.92-KFD 与2.92-JFD配对，进行此试验；

步骤三、先将电缆组件(2.92-JX/2.92-JX-L)和电缆组件(2.92-JX/2.92-KX-L)连接，组成电缆组件对，(25±2)℃下测试电缆组件对的电压驻波比及插入损耗；将电缆组件(2.92-JX/2.92-JX-L)、(2.92-JX/2.92-KX-L)与2.92-JK组成联测电缆组件1，将电缆组件(2.92-JX/2.92-JX-L)和2.92-KFD、(2.92-JX/2.92-KX-L)与2.92-JFD组成联测电缆组件2，(25±2)℃测试联测电缆组件的电压驻波比及插入损耗。

步骤四、将联测电缆组件在高低温试验箱中放置及安装如图3；

步骤五、将高低温试验箱的温度恒定在(25±2)℃，保持10min，测试完所有联测电缆组件的电压驻波比及插入损耗,记录每个测试频率点数据；

步骤六、将高低温试验箱的温度下降至-10℃、-20℃、-55℃,直至(-65±2)℃；

步骤七、极限温度保持30min，测试完所有联测电缆组件的电压驻波比及插入损耗，记录每个测试频率点数据；

步骤八、依次在-65℃、-55℃、-20℃、-10℃、+25℃、+35℃、+55℃、+85℃、+100℃、+125℃、+140℃、+155℃、+165℃温度点按步骤六～步骤七进行试验；

3.1.3 测试数据处理

单只转接器插入损耗=(联测电缆组件插入损耗-电缆组件对的插入损耗)。

单只微带连接器插入损耗=(联测电缆组件插入损耗-电缆组件对的插入损耗)/2。

3.1.4 测试结果

测试完成后发现，连接器的插入损耗变化在-0.9dB～0.6dB之间波动，见图4和图5，变化数值较大并且插入损耗出现正值说明试验数据存在问题。通过分析发现由于在试验的过程中，电缆组件有一部分在高低温试验箱中，并且长度要远远大于连接器的长度，因为电缆随温度的变化插入损耗会有较大的变化，实际测试时，低温时联测电缆组件插入损耗和25℃相比会变小，高温时联测电缆组件插入损耗和25℃相比会变大，因此用每个温度点联测电缆组件的插入损耗值减去25℃时测试电缆组件对的值会出现低温插入损耗

图4 2.92-JK射频插入损耗随温度变化的特征曲线

图5 2.92-JFD、2.92-KFD射频插入损耗随温度变化的特征曲线

为正和高温插入损耗为负的情况，同时这样测试也无法真实反映出连接器插入损耗的变化。

3.2 试验方案的调整

由于在连接器的测试中需要引入电缆组件，而电缆组件深入到高低温试验箱的长度约为300mm，远大于连接器的长度，因此按上述方法测试只是反映了电缆组件插入损耗的变化，无法反映连接器插入损耗的变化。为排除电缆组件的引入对连接器插入损耗的影响，那么需要找到每个温度点下电缆组件对实际的插入损耗值，因此在后面的测试中引入一对电缆组件对(2.92-JX/2.92-JX-L)和(2.92-JX/2.92-KX-L)作为比测电缆组件和联测电缆组件共同试验。在每个温度点下将测试联测电缆组件插入损耗值和比测电缆组件插入损耗值进行比较，测试数据处理按下述公式处理：

单只转接器插入损耗=(联测电缆组件插入损耗-比测电缆组件对的插入损耗)。

单只微带连接器插入损耗=(联测电缆组件插入损耗-比测电缆组件对的插入损耗)/2。采用这个方法目的是用每个温度情况下联测电缆组件插入损耗减去比测电缆组件对的插入损耗，而非减去25℃时测试电缆组件对的插入损耗。这样做可以最大程度排除测试电缆组件对插入损耗的变化对试验结果产生的影响。

为了保证试验的准确性，在加工测试电缆组件对(2.92-JX/2.92-JX-L)和(2.92-JX/2.92-KX-L)时保证每组的插入损耗值相差尽可能小，最好控制在0.15dB以内。先在25℃下测试每组的电压驻波比及插入损耗，并选其中一组作比测电缆组件。比测电缆组件对J头和K头相连，放入高低温试验箱中，另外两端伸出高低温试验箱。其余各组分别和2.92-JK、2.92-JFD和2.92-KFD连接器对连接，组成联测电缆组件，产品端放在高低温试验箱内载具上，注意每组伸入高低温试验箱的电缆长度应保持一致，另外两端伸出高低温试验箱和矢量网络分析仪相连，依次在-65℃、-55℃、-20℃、-10℃、+25℃、+35℃、+55℃、+85℃、+100℃、+125℃、+140℃、+155℃、+165℃温度点进行测试每组联测电缆组件的插入损耗和比测电缆组件对的插入损耗。

4 试验结果和结论分析

本次试验各选择3只2.92-JK 、2.92-KFD 、2.92-JFD进行，电压驻波比在DC～40GHz测试，记录最大值，结果见表1，插入损耗测试结果见图6和图7。

从表1、图6、图7的曲线可以看出，电缆组件及连接器在全温度范围内的电压驻波比变化量小，存在无规律波动现象；电缆组件的插入损耗随温度变化较大，实际测试时，低温时电缆组件插入损耗和25℃相比会变小，高温时电缆组件插入损耗和25℃相比会变大，连接器由于自身长度较短的原因，插入损耗变化不明显，随温度也会产生一些波动，在0.05dB以内。另外此次试验时连接器组两端接了两根电缆组件，虽然在测试插入损耗时做了比测电缆组件对进行同步测试，但是由于电缆单体之间的差异，所以结果会受到电缆组件变化的影响。