Als wichtiger Bestandteil passiver Komponenten verfügen HF-Koaxialsteckverbinder über gute Breitbandübertragungseigenschaften und eine Vielzahl praktischer Verbindungsmethoden und werden daher häufig in Testinstrumenten, Waffensystemen, Kommunikationsgeräten und anderen Produkten verwendet.Da der Einsatz von HF-Koaxialsteckverbindern nahezu alle Bereiche der Volkswirtschaft durchdrungen hat, erregt auch ihre Zuverlässigkeit immer mehr Aufmerksamkeit.Die Fehlermodi von HF-Koaxialsteckverbindern werden analysiert.
Nach dem Anschließen des N-Typ-Steckerpaares wird die Kontaktfläche (elektrische und mechanische Bezugsebene) des Außenleiters des Steckerpaares durch die Spannung des Gewindes gegeneinander angezogen, um so einen kleinen Kontaktwiderstand (< 5m Ω).Der Stiftteil des Leiters im Stift wird in das Loch des Leiters in der Buchse eingeführt, und ein guter elektrischer Kontakt (Kontaktwiderstand <3 mΩ) wird zwischen den beiden Innenleitern an der Mündung des Leiters in der Buchse aufrechterhalten Elastizität der Steckdosenwand.Zu diesem Zeitpunkt werden die Stufenfläche des Leiters im Stift und die Endfläche des Leiters in der Buchse nicht fest zusammengedrückt, sondern es besteht ein Spalt von <0,1 mm, der einen wichtigen Einfluss auf die elektrische Leistung und Zuverlässigkeit hat Der Koaxialstecker.Der ideale Verbindungszustand des N-Typ-Steckerpaares lässt sich wie folgt zusammenfassen: guter Kontakt des Außenleiters, guter Kontakt des Innenleiters, gute Abstützung des dielektrischen Trägers am Innenleiter und korrekte Übertragung der Fadenspannung.Sobald sich der oben genannte Verbindungsstatus ändert, schlägt der Connector fehl.Beginnen wir mit diesen Punkten und analysieren wir das Fehlerprinzip des Steckverbinders, um den richtigen Weg zur Verbesserung der Zuverlässigkeit des Steckverbinders zu finden.
1. Fehler durch schlechten Kontakt des Außenleiters
Um die Kontinuität elektrischer und mechanischer Strukturen sicherzustellen, sind die Kräfte zwischen den Kontaktflächen externer Leiter im Allgemeinen groß.Nehmen Sie als Beispiel einen N-Typ-Stecker, bei dem das Anzugsdrehmoment Mt der Schraubhülse standardmäßig 135 N beträgt.cm, die Formel Mt=KP0 × 10-3N.m (K ist der Anzugsdrehmomentkoeffizient und hier K = 0,12) kann der Axialdruck P0 des Außenleiters mit 712 N berechnet werden.Wenn die Festigkeit des Außenleiters gering ist, kann es zu starkem Verschleiß der Verbindungsstirnfläche des Außenleiters bis hin zu Verformungen und Zusammenbrüchen kommen.Beispielsweise ist die Wandstärke der Verbindungsstirnfläche des Außenleiters des männlichen Endes des SMA-Steckers relativ dünn, nur 0,25 mm, und das verwendete Material ist hauptsächlich Messing mit geringer Festigkeit und das Verbindungsdrehmoment ist etwas groß , so dass sich die Anschlussendfläche aufgrund übermäßiger Extrusion verformen kann, was zu einer Beschädigung des Innenleiters oder der dielektrischen Halterung führen kann;Darüber hinaus ist die Oberfläche des Außenleiters des Steckverbinders üblicherweise beschichtet, und die Beschichtung der Anschlussstirnfläche wird durch große Kontaktkräfte beschädigt, was zu einem Anstieg des Kontaktwiderstands zwischen den Außenleitern und einem Rückgang des elektrischen Widerstands führt Leistung des Steckverbinders.Wenn der HF-Koaxialstecker außerdem in einer rauen Umgebung verwendet wird, lagert sich nach einiger Zeit eine Staubschicht auf der Anschlussstirnfläche des Außenleiters ab.Diese Staubschicht führt dazu, dass der Kontaktwiderstand zwischen den Außenleitern stark ansteigt, die Einfügungsdämpfung des Steckverbinders zunimmt und der elektrische Leistungsindex sinkt.
Verbesserungsmaßnahmen: Um einen schlechten Kontakt des Außenleiters durch Verformung oder übermäßigen Verschleiß der Anschlussstirnfläche zu vermeiden, können wir einerseits Materialien mit höherer Festigkeit für die Verarbeitung des Außenleiters auswählen, z. B. Bronze oder Edelstahl.Andererseits kann zur Vergrößerung der Kontaktfläche auch die Wandstärke der Anschlussstirnfläche des Außenleiters erhöht werden, so dass bei gleichbleibender Kontaktfläche der Druck auf die Flächeneinheit der Anschlussstirnfläche des Außenleiters verringert wird Verbindungsdrehmoment anliegt.Beispielsweise ist bei einem verbesserten SMA-Koaxialstecker (SuperSMA der SOUTHWEST Company in den USA) der Außendurchmesser seines mittleren Trägers von Φ 4,1 mm auf Φ 3,9 mm reduziert, die Wandstärke der Verbindungsfläche des Außenleiters ist entsprechend erhöht auf 0,35 mm und die mechanische Festigkeit wird verbessert, wodurch die Zuverlässigkeit der Verbindung erhöht wird.Halten Sie bei Lagerung und Verwendung des Steckverbinders die Anschlussfläche des Außenleiters sauber.Wenn sich Staub darauf befindet, wischen Sie ihn mit einem Alkoholtupfer ab.Es ist zu beachten, dass der Medienträger während des Schrubbens nicht mit Alkohol durchtränkt werden darf und der Anschluss nicht verwendet werden sollte, bis sich der Alkohol verflüchtigt hat, da sich sonst die Impedanz des Anschlusses aufgrund der Alkoholvermischung ändert.
2. Fehler durch schlechten Kontakt des Innenleiters
Im Vergleich zum Außenleiter verursacht der Innenleiter mit geringer Größe und geringer Festigkeit eher einen schlechten Kontakt und führt zum Versagen des Steckers.Zwischen Innenleitern wird häufig eine elastische Verbindung verwendet, z. B. eine elastische Buchsen-Schlitzverbindung, eine elastische Federklauenverbindung, eine elastische Faltenbalgverbindung usw. Unter diesen zeichnet sich die elastische Buchse-Schlitz-Verbindung durch eine einfache Struktur, niedrige Verarbeitungskosten, eine bequeme Montage und die breiteste Anwendung aus Reichweite.
Verbesserungsmaßnahmen: Anhand der Steck- und Haltekraft des Normstifts und des Leiters in der Buchse können wir messen, ob die Übereinstimmung zwischen Buchse und Stift angemessen ist.Bei Steckverbindern vom Typ N beträgt der Durchmesser Φ 1,6760+0,005. Die Einsteckkraft, wenn der Standardstift mit der Buchse zusammenpasst, sollte ≤ 9 N betragen, während der Durchmesser Φ 1,6000-0,005 des Standardstifts und des Leiters in der Buchse eine Haltekraft von ≥ haben muss 0,56 N.Daher können wir die Einsteckkraft und die Haltekraft als Prüfstandard heranziehen.Durch Anpassen der Größe und Toleranz der Buchse und des Stifts sowie des Alterungsbehandlungsprozesses des Leiters in der Buchse liegen die Einsteckkraft und die Haltekraft zwischen Stift und Buchse in einem geeigneten Bereich.
3. Fehler, der dadurch verursacht wird, dass die dielektrische Stütze den Innenleiter nicht gut stützt
Als integraler Bestandteil des Koaxialsteckers spielt die dielektrische Unterstützung eine wichtige Rolle bei der Unterstützung des Innenleiters und der Gewährleistung der relativen Positionsbeziehung zwischen Innen- und Außenleiter.Die mechanische Festigkeit, der Wärmeausdehnungskoeffizient, die Dielektrizitätskonstante, der Verlustfaktor, die Wasseraufnahme und andere Eigenschaften des Materials haben einen wichtigen Einfluss auf die Leistung des Steckverbinders.Eine ausreichende mechanische Festigkeit ist die Grundvoraussetzung für den dielektrischen Träger.Während der Verwendung des Steckverbinders muss der dielektrische Träger dem axialen Druck des Innenleiters standhalten.Wenn die mechanische Festigkeit des dielektrischen Trägers zu gering ist, kommt es während der Verbindung zu Verformungen oder sogar Schäden;Wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials zu groß ist und sich die Temperatur stark ändert, kann sich der dielektrische Träger übermäßig ausdehnen oder schrumpfen, was dazu führt, dass sich der Innenleiter lockert, abfällt oder eine andere Achse als der Außenleiter aufweist, und auch dazu führt, dass Größe des Anschlussports ändern.Allerdings beeinflussen Wasseraufnahme, Dielektrizitätskonstante und Verlustfaktor die elektrische Leistung von Steckverbindern wie Einfügedämpfung und Reflexionskoeffizient.
Verbesserungsmaßnahmen: Wählen Sie geeignete Materialien zur Verarbeitung des Medienträgers entsprechend den Eigenschaften der Kombinationsmaterialien wie der Einsatzumgebung und dem Arbeitsfrequenzbereich des Steckverbinders aus.
4. Fehler, der dadurch verursacht wird, dass die Fadenspannung nicht auf den Außenleiter übertragen wird
Die häufigste Form dieses Versagens ist das Abfallen der Schraubenhülse, was hauptsächlich auf die unangemessene Konstruktion oder Verarbeitung der Schraubenhülsenstruktur und die schlechte Elastizität des Sprengrings zurückzuführen ist.
4.1 Unangemessene Konstruktion oder Verarbeitung der Schraubenhülsenstruktur
4.1.1 Das Strukturdesign oder die Verarbeitung der Sicherungsringnut der Schraubenhülse ist unangemessen
(1) Die Nut des Sicherungsrings ist zu tief oder zu flach;
(2) Unklarer Winkel am Boden der Nut;
(3) Die Fase ist zu groß.
4.1.2 Die axiale oder radiale Wandstärke der Sicherungsringnut der Schraubenhülse ist zu dünn
4.2 Schlechte Elastizität des Sprengrings
4.2.1 Die radiale Dicke des Sprengrings ist unangemessen
4.2.2 Unzumutbare Alterungsverstärkung des Sprengrings
4.2.3 Falsche Materialauswahl des Sprengrings
4.2.4 Die Außenkreisfase des Sprengrings ist zu groß.Diese Fehlerform wurde in vielen Artikeln beschrieben
Am Beispiel des N-Typ-Koaxialsteckers werden verschiedene Fehlermodi der weit verbreiteten HF-Koaxialstecker mit Schraubverbindung analysiert.Unterschiedliche Verbindungsmodi führen auch zu unterschiedlichen Fehlermodi.Nur durch eine eingehende Analyse der entsprechenden Mechanismen jedes Fehlermodus ist es möglich, eine verbesserte Methode zur Verbesserung der Zuverlässigkeit zu finden und dann die Entwicklung von HF-Koaxialsteckverbindern voranzutreiben.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 05.02.2023