【经验】连接器串联测试的方式和测试值分解方式

2019-10-15 上海军友射频技术

微带型(或者带状线型等非接电缆形式)射频同轴连接器的电压驻波比测试,一直是比较难以解决的问题,自上世纪90年代以来,上海无线电十六厂、成都高频接插件厂、853厂(华达)、上海1423所等,都做过各种努力,但是在行业内一直未能形成一个统一的方式。


一、先就上海军友所了解的这几家单位(上海无线电十六厂、成都高频接插件厂、853厂)在90年代初提出的方法做一个简单的介绍(包括以上各单位在内的行业众多厂所在这个测试要求下的测试方法可能还有很多,这里只讨论我们当时了解到并实际参与应用过的,其他单位或其他方式因为不了解,本文没有列举):

1、上海无线电十六厂(以下简称“上无十六厂”)的方法——设定一个或多个测试频点,制作相应的1/2波长微带(或带状线)电路(该微带或带状线电路默认为无损传输线且各端接点阻抗连续),两端接上微带型(或带状线型)连接器,测定该连接器对的电压驻波比后根据分解公式分解。

2、成都高频接插件厂的方式——是按照使用频率的中心频点设计一个1/4波长的微带或带状线电路,一端接可以连续滑动的铁氧体负载,一端接被测件,然后由远端向近端连续滑动铁氧体负载,观察电压驻波比或者停在某一位置测定该电长度对应频点的电压驻波比。 

3、853厂——853厂90年代初承接了原电子工业部的微带型射频连接器电压驻波比测试方法研究课题,其方案为将微带连接器和一个端口形状相反的同长度连接器(该连接器默认为标准件,在连续测试中不更换)背靠背连接(如下方图一)。

测得此成对背接的该连接器对的总电压驻波比后开平方根求得单个连接器的电压驻波比。


二、理论依据

1、影像法,上无十六厂和853厂均采用电磁场理论中的镜像法,同时默认两个被测件之参数模量完全一致,但是相位相反的对称形式。而且默认成对的连接器不仅仅在结构上而且在所有制作环节上完全相等没有差异。电长度完全相等,被测件对。  

2、成都高频接插件厂采用的是吸收负载法,1/4波长的设计是在波腹点做理论上的全吸收,被测件是单个。


三、测试方式的分析

1、上无十六厂——采用电磁场镜像法理论,成对被测件结构本身相同,没有差异,同时默认成对被测件其他要素也完全相等。但是实际上,每一个产品本身都会有差异,而且微带或带状线电路本身也不仅有损耗而且也有反射,所以在电路设计极为精准优良的情况下,只能近似测量。另外对不同频率点,要用多个微带电路或带状线电路来更换,不能连续扫频测量,适合设计验证过程采用,在生产中运用比较麻烦,不够实用。    

2、853厂——也采用电磁场镜像法理论,没有过渡段,成对被测件结构本身相同,没有差异,同时默认成对被测件其他要素也完全相等。可以连续扫频测量,适合设计和生产环节运用。

但是实际上,除了每一个产品本身都会有差异外,其成对背接的连接器对,其内导体有结构上的差异。而且853厂把其中一个连接器作为专用的配对连接器默认为标准件,在测试过程中始终不更换,那么每次经过分解其电压驻波比都不相同,不符合测试要求的基本规范。

3、成都高频接插件厂——用滑动铁氧体负载方式单个测试符合测试的基本原则,但是利用1/4波长微带线或带状线传输后的铁氧体负载全吸收,要考虑到铁氧体和微带或带状线电路本身制作的精度和带宽是否可覆盖连接器标准的频段,如果不能覆盖也有和上无十六厂相同的问题存在。


四、分解公式或计算方式

1、成都高频接插件厂——单个测量,不需要分解,如果不考虑上述精度和全频段问题,除了设备、测试夹具、人员带来的测量误差外,不存在数据处理上的误差。

2、853厂——采用了将测得的总电压驻波比开根号(√)方式处理得到单个连接器的电压驻波比,这个方式经过大量数据比较,在忽略了设备、测试夹具、人员带来的测量误差后,也只有在被测得的总电压驻波比小于2的情况下数据才比较接近真实值(这里,真实值是指在同样的啮合条件下,可以逐点重复测得的数值),那说明其使用方法有比较大的局限性,如果认识不到这点,就会产生比较严重的数据误导

3、上无十六厂——因技术部门连续几代都具有微波专业背景,所以采用的分解公式是根据廖承恩教授所著《微波技术基础》、吴万春教授所著《电磁场理论》以及谢处方教授所著《电磁场与电磁波》等著作所推荐的经验公式(公式1)


来处理的(这里S指的是测量获得的总电压驻波比),除了理论上其本身由麦克斯韦尔方程并经过微积分方程式计算,计算过程中会由不断近似产生的误差以及测量误差外,数据处理本身符合理论要求。而且在整个推导过程中考虑到了反射系数Г所涉及的各项参数均是矢量值,即:

根据波的振动原理,两个波的叠加,是矢量叠加,而非简单的标量加减,计算时要考虑到电磁波的旋转。如下面公式2~5所示:

(1)公式以及公式说明:反射系数考虑到传输线上任意一点z处的反射波电压Ur(z)(或电流)与入射波电压Ui(z)(或电流)之比称之为反射系数,即

对于无耗传输线,γ=jβ,终端负载为ZL,可以推出而得 

称为终端反射系数,那样传输线上任意一点的反射系数可以用终端反射系数表示为 


而得到特性阻抗公式: 


其中,分子和分母上的虚部均表示了电磁场的旋转变化。

因为从麦克斯维尔方程组推导上述公式的过程冗长而繁琐,有兴趣的朋友可以参照上述教材自行推导,这里不加赘述。

    

4、其他分解计算方式——(公式6)



此方式本身也是基于镜像法的一种近似计算,但和平方根方式一样,忽略了电磁场的旋转型,没有把数据作为矢量来考虑。简单的讲即使把公式修正为:

其投影在数轴上的角度也没有考虑进去。


五、小结

上海军友射频技术有限公司深入了解了串联连接器对测试方法的研究历史,并结合上海军友多年来测试经验,我们认为:

1、镜像法理论是一个纯粹的理想化的理论方法,其在生产实践中的运用存在着各种差异,技术和测试人员要对此有清醒的理论认识。当然,镜像法也确实提供了一种便捷方式。上述三种测试方式以及四种计算方式如果要在生产中采用,如果是微带型或者带状线型的产品,建议测试方式采用853的,相对而言比较方便。但是要认识到其理论缺陷。

2、分解计算公式,建议采用计算公式S=(1+3S)/(3+S

3、本方法,对于分析电缆组件两端连接器的电压驻波比,也具有同样的作用。

两相结合,具有理论上的意义也具有实际运用价值。


上海军友射频技术有限公司是一家集研发设计、制造、销售为一体,专业研发生产高性能超低损耗稳幅稳相射频同轴电缆、电缆组件、微波互连产品及连接器、转接器的制造工厂。

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本文由CrazyFeng转载自上海军友射频技术,原文标题为:连接器串联测试的方式和测试值分解方式,本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

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  • Jackhuang Lv3. 高级工程师 2020-03-05
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  • silence190 Lv5. 技术专家 2020-01-17
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