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射頻同軸連接器的失效原因分析及可靠性提高方法
1、外導體的不良接觸導致的失效
為 保證電氣和機械結構的連續性,外導體接觸面之間的力一般都很大。以N型連接器為例,當螺套的擰緊力矩Mt為標準的135N.cm時,由公式 Mt=KP0×10-3N.m(K為擰緊力矩系數,此處取K=0.12),可以計算出外導體受到的軸向壓力P0可達712N,如果外導體的強度較差,就有 可能造成外導體連接端面磨損嚴重甚至變形潰縮。例如SMA連接器陽頭外導體連接端面的壁厚較薄,僅0.25mm,所用材料多為黃銅,強度較弱,連接力矩稍 大,連接端面就可能被過度擠壓產生變形,損壞內導體或介質支撐;且連接器外導體的表面通常都有鍍層,較大的接觸力會破壞掉連接端面的鍍層,導致外導體之間 的接觸電阻增大,連接器電氣性能下降。另外如果射頻同軸連接器的使用環境比較惡劣,一段時間后,外導體的連接端面上就會沉積一層灰塵,這層灰塵使外導體之 間的接觸電阻激增,連接器的插入損耗變大,電氣性能指標下降。
改進措施:要避免連接端面變形或過度磨損導致外導體不良接觸,一方面我們可以 選用強度更高的材料來加工外導體,如青銅或不銹鋼;另一方面也可以加大外導體連接端面的壁厚,以增加接觸面積,這樣在施加同樣連接力矩的情況下,外導體連 接端面單位面積上的壓力就會減小。如一種改進型的SMA同軸連接器(美國SOUTHWEST公司的SuperSMA),其介質支撐的外徑由普通SMA的 Φ4.1mm減小為Φ3.9mm,外導體連接面的壁厚相應增大為0.35mm,機械強度提高,從而增強了連接的可靠性。在存放和使用連接器時要保持外導體 連接端面的清潔,如上面有灰塵,可用酒精棉球擦洗干凈。需要注意的是擦洗時應避免酒精浸到介質支撐上,且要等酒精揮發完畢后才能使用連接器,否則會因為酒 精的混入,引起連接器的阻抗改變。
2、內導體的不良接觸導致的失效
相對于外導體,尺寸較小,強度較差的內導體更容易造成接觸不良而導致連接器失效。
內導體之間多采用彈性連接方式,如插孔開槽式彈性連接、彈簧爪式彈性連接,波紋管式彈性連接等。其中插孔開槽式彈性連接結構簡單,加工成本低廉,裝配方便,應用范圍好為廣泛。因而本文也將以此為例進行分析。
2.1、內導體固定不牢
為了裝配需要,在很多同軸連接器(如N型,3.5mm)中常采用圖2-1所示的結構:內導體被在介質支撐處分為兩截,然后用螺紋連接起來。
但 是由于內導體直徑較小,裝配時若不在螺紋連接處涂膠加以固定,那么內導體連接強度是很差的,尤其是一些小型射頻同軸連接器,如1.85mm同軸連接器內導 體的直徑僅為Φ0.804mm,其強度可想而知。因此,當連接器在多次連接、斷開,在扭力和拉力長期作用下,內導體螺紋可能就會松動、脫落,致使連接失 效。
同軸連接器常用的結構圖
圖 2-2也是同軸連接器常用的結構之一(如SMA):內導體、介質支撐以及外導體依靠膠粘劑固定在一起。這種結構如果在裝配時涂膠量不夠或膠的連接強度不 夠,那么在使用過程中,涂膠處因受力可能發生斷裂,就會造成內導體轉動或者軸向竄動,內導體之間不能形成良好的電接觸,連接失效。 改進措施:對于圖2-2結構的同軸連接器裝配時可在螺紋連接處涂適量的導電膠或螺紋鎖固劑以增加螺紋連接的可靠性。而對于圖2-3結構,要選用粘結強度較 高的膠粘劑,且涂膠時一定要保證膠充滿整個涂膠孔;在內導體涂膠處滾花,增加內導體與膠粘劑的接觸面積,防止內導體轉動;適當調整內導體、外導體、介質支 撐的徑向尺寸及公差,使內導體與介質支撐、介質支撐與外導體之間的配合為過盈配合,也可使三者裝配在一起更加牢固。