1、中华人民共和国国家标准射频同轴连接器电气试验和测试程序屏蔽效率Electrical t，倒也andmeasuring proct剖iuresfor radio-frequency C侃xialconnecton screening effectiven创S1 主题内容与适用范围1. 1 主题内容本标准规定了用频域法测试射频同轴连接器屏蔽效率的方法。GB 12270-90 射频传输系统的屏蔽效率表示其外导体保护传输线免受外界电磁场干扰的能力。反之，也是防止传输线上的电磁场干扰外界的能力。就射频同轴连接器而言，在其外壳体上通过的纵向电流不应在同轴电路中产生不适当的电压。转移电动势或其等效电压U，与
2、外壳纵向电流人的商，即:U,/l. =忍，被称为转移阻扰，通常它是用来确寇射频连接器的屏蔽效率的一个恰当的参量。正确装有电缆或传输线的连接器组件，有三种主要的可能泄漏区域:围绕插合面的区域、围绕锁紧机构的区域和两个围绕电缆入口的区域。由于GB12269仅对插合面和锁紧(连接)机构进行了标准化，因此，主要关心连接器组件的两个装接电缆入口区域的屏蔽效率。然而，这并不排除在关心消除其他泄漏对锁紧机构的影响时，也可以采用测量的方法来确定任何具体泄漏区域的转移阻抗或者采用测量的方法来确定总转移阻抗。测量总转移阻抗时，特别在高频时，要考虑方向性影响的存在。必须强调，射频连接器的转移阻抗以及由此确定的屏蔽效
3、率并不意味着有一个可适用于每一个或每对特定射频同轴连接器样品的固定不变的值。实际上Z，主要取决于机械和接触的情况，例如，通过强制拧紧连接螺母，可使Z.值变得相当低。此外，转移阻抗一般没有固定不变的值。通常一对新连接器的转移阻抗Z.随着重复分离和啃合而降低，但再经过几十次的啃合和分离的循环后，阻抗值又可能变大，这也许是由于腐蚀和磨损的缘故。对于连接器在使用和老化过程中的这一特性目前还很少了解。在射频应用时，转移阻扰Z，应表示为频率的函数，而且通常用频壤方法测量。当频率较高时，还不了解其他实用的测量方法。当频率上升到几百兆赫时，可以应用脉冲技术的时域测量方法。如果适用时，随时可将其测量结果变换到频
4、域结果。为了测量一对连接器插合部分的屏蔽效率，要以消除电缆安装处任何泄漏的方法把合适的电缆安装到连接器上。当频率高于10MHz时，一般优先选用半硬电缆或硬导管。频率低于lOMHz应选用在低频具有低泄漏的电缆。除非首先去除法兰盘，否则，频域的标准测量方法不允许一个带有国定法兰盘形式的连接器作为被测连接器对的一半.时域脉冲法在高达几百兆赫的较低频段是特别有用的。如果合适的试验设备(配有阴极射线示波器的脉冲信号发生器)容易实现的话，则测试有可能进行得十分迅速。而且若采取适当的预防措施，就会具有与频域测量几乎相同的灵敏度。此外它还具有可在多处世漏情况下，表明泄漏部位的优点。频域和时域脉冲法中有各种各样
5、的测量方法可用于转移阻扰的测量。然而，在有争议的情况下，应以下面第2章中叙述的采用一个三同轴试验装置，或采用波导构成外激励线试验装置的标准方法作为国家技术监督局1990-02-09批准1990-10-01实施GB 12270-90 基准的试验方法进行仲裁。注2作为指导规则，如果在外传输线上不存在高阶模干扰危险的情况下，频率高达大约为被测连接器上限频率极限值的1/3时，可以使用三同轴试验装置。在更高频率时，应采用波导试验装置，在这种情况下，频率极限值在被测连接器上限频率极限值的3/4。经验己证明，在这种高频时，转移阻抗随频率没有大的明显变化。对于鉴定试验，测量应始终在若干对新制成的连接器首次啃合
6、时进行。不推荐使用标准试验连接器与被测样品连接，因为这样做会导致把屏蔽效率不足的原因归结到被测样品上。有关规范应规定要测量的连接器对的数目、连接螺母紧固转炬，必要时还应规定频率范围。1.2 适用范围本标准适用于配接射频同铀电缆或带状线或微带传输线用的射频同轴连接器及射频同铀连接器转接器等。2 测试方法2.1 匹配三同轴测试装置原理2.1.1 测试原理匹配三同轴测试装置的测试原理如图1所示，说明如下:在该三同轴装置中，为了避免或至少减少形成驻波，内、外同轴系统在它们远端的端接是利用其特性阻扰等于传输线特性阻抗达到匹配。外同轴系统经由A端口并通过一具有匹配变换器的侧臂直至作为功率分配器的T型接头进
7、行馈电。在1-10GHz的频率范围内，多级变换器用来使T型接头处的阻抗1/2Z02变换到馈线阻抗玩。在较低频率时，该变换器的效果变差。但这种作为结果的失配是允许的。假定源的阻抗恒等于缸，计算表明引入的总误差只有0.5础。引入误差与不可避免的测试的不确定性相比通常是很小的，尤其在Z.值自身的离散性很高的情况下，更是如此。另外，它的优点是仅有一个机械馈电装置，而且可以在整个频率范围内用同一个公式方便地计算出乐。注z鉴于同样的原因，在1GHz到10GHz的频率范围内多级变换器也可能是多余的，这一点还有争论.然而，在这样高的频率下，为避免损耗，已证明了良好匹配是相当关键的。在T型接头处，电抗调配螺栓是
8、必要的图5中示出)。内传输线B、C两端口上由输入电压U，引起的信号电压的要在B、C两端口交替测量。附带说明，他们的值相等是系统对称和无方向性影响的判据。为了校准该装置，输入信号由含有一个可变衰减器的同轴传输线的独立支路馈入到与测试端相对的另一端口，即如果在B端测量的，则信号从C端馈入，这意味着Z03= ZOl 0 下面的各关系式，利用了考虑到实际精度要求的两种合理近似，即转移阻抗且很小，同Z02和Z03相比可以忽略不计，从而，同轴线和多级变换器的衰减与损耗也就可以忽略。传输电压趴在B、C两端口引起两个等幅电压Us: Us=Ut 由于(，刀，则l卡，/2 . . ( 1 ) T型接头起无耗功率分
9、配器作用，而且由r多级变换器被认为是理想的，故有因为P2=PI P, =旦1 -ZOl P. = U -2 Z02 GB 12270-90 U 1 Ui Z02 2 ZOI 所以进一步考虑到之/2 =气主=. ( 2 ) -vl2ZoIZ归联立(1)、(2)两式1 _ 11, U3 =丁Z，一工二仨=L. -vl2Zo1Zo咀Z, = 2 rz布;ZEEZ02可以任意选取，以使其给出正确的匹配比。而恰当的处理办法，通常是令ZOI= Z02 -岛，则: Z =斗2-J丛与Z岛0=2-J辽 导. Zo .川.川.川.，.川.川.川.叫.U1町YP1 测试U2 图I匹配三同轴试验装置的原理(最佳频率
10、范围llOGHz) A功率馈入连接;8、C一测试端口;X一被测连接器对;TB、TC一外部系统端接的具有阻抗Z02的装置;T一匹配功率分配器的T型接头;M一铁氧体环;d屏蔽笼;e-示踪信号发生器或合成信号发生器;f频谱分析仪;g一低噪声前置放大器;h-校准过的可变衰减器;1一功率放大器比一母线控制器;n一附加的屏蔽铜编织层馈电端测量仪表由示踪信号发生器组成。需要时可接个功率放大器F接收端测量仪表由输入可变衰减器、低噪声前置放大器和频谱分析仪组成。如果用计算机一步步地对信号发生器和频谱分析仪进行自动驱动控制的话，测试就可以进行得很快。当校准系统时，通过两个衰减器对总衰减量的分配可得到一个关于随机噪
11、声和剩余寄生桐合的最佳方案。当然，端口C必须端接正确，且B、c两端口般需要具有铜编织层的附加屏蔽装置。GB 12270-90 对于性能很好的、屏蔽效率高的产品，推荐使用图1中示出的屏蔽笼(法拉第屏蔽笼)。必须利用与连接器外部尺寸相同的整体硬质金属外壳(例如铜管)代替被测连接器对来检查试验装置的极限容量。2.1.2 1 kHz10 GHz频率范围内匹配三同轴装置的实际结构对于试验装置的实际结构，有几个项目需要比2.1.1条中和图1中规定的更详细。图2除了表示出此三同轴装置的其他特点外，还给出了两个频段。kHz-10 MHz , 10MHz 10 GHz)上输入功率的馈入方法。高于10MHz时，功
12、率馈入是相当正常的，只需注意馈电电缆，馈电电缆的长度约为1.5 m，以便对常开的接地环路(见图1:输入处接地是在外导体上，而在测试端口处屏蔽笼的接地连接到B处的中间导管上)提供足够的阻抗(主要是电抗)。如果需要的话，可以由铁氧体环来增加环路电感，如图1和图2所示。正如图2所示，频率大约从10MHz降到1KHz时，经验表明可以通过反极性馈电来获得正确的结果。为了去楠，需要铁氧体环，对于该频段的高频端尤其需要。C 确定多级匹配变换器的只寸，需要进行冗长的运算。图3给出了一个实际的设计数据。TC T x q P F 图2两个频段(1kHz-10 MHz、10MHz10 GHz)用实际三同轴试验装置A
13、-功率馈入连接处;B测试端口(前向屏蔽效率);C-测试端口占被测连接器对pTB、TC一外部系统端接装置(详见图4);T-匹配的功率分配器(详见图的;M一铁氧体环(电感300H);m 一泡沫介质垫圈;p一一黄铜管与同轴电缆或传输线间的焊接部位gq-测量较大连接器用的凸形腔体;E一低频反相馈入(1kH7.lO MHz); F高频馈入(1 0 MHzlO GHz，电缆约长1.5 m) B . - H h 。GB 12270-90 图3有效频段为1-10GHz的T型接头用的多级阻抗变换器一低损耗介质螺钉，-A端口功率馈入(50Q的7mm精密传输线端口D 0=7.0 mm) 节数L(mm) td (mm
14、) 。9.16 3.04 12.07 3. 08 2 1l.40 3.17 3 10.93 3.26 4 10.17 3.34 5 7.55 3. 42 6 6.08 3.50 7 6.37 3.58 8 6.84 3.66 9 5.53 3.74 10 5.98 3.82 GB 12270-90 续表节数L (mm) td (mm) n 11 5.98 3.90 12 5.53 3.98 13 6.84 4.05 14 6.37 4.13 15 6.08 4.20 16 7.55 4.27 17 10.17 4.34 18 10.93 4. 41 19 11. 40 4.48 22 12.
15、07 4.55 n =23 10.00 4.58 再看图4，一个重要的细节就是终端TB和TC的结构，该结构是为了覆盖从1kHz到10GHz的整个频段。在直到1GHz左右的频段内，每个终端由4个并联的200Q的电阻器组成(假定Z02等于50Q)。在直到10GHz的频段内，波的能量在填充圆锥形吸收材料的管形展开体(角状体)中被吸收。137 午一-f(:?:川图4高频和低频共用的馈电终端TB、TC(频段为0-10GHz) a一涂有一种提合吸收材料，如17g树脂聚合物(半硬)和68g铁粉(着色涂料)的低损耗电介质泡沫塑料锥体pb一内导体锥体是用机械方法拧紧在一起的，以保证在d区域有良好接触压力。整个锥
16、体对于内同输系统来说，在纵向上是可以调节的。使该内同轴系统从直流到上极限频率为10GHz的整个频率范围内的总反射系数达到最佳(这必须通过整个装置在馈电点A处测量)，c-4个低功率的200Q射频电阻器与图1相比，图2还示出了两根直径4mm到6mm的附加黄铜管cP/，此管套在半硬电缆上，其端面焊接到尽量靠近被测连接器对的装置上。GB 1 2 2 7 0 - 9 O 外同轴系统的外导体内径为14ffiffio因此，不必增加连接器对区域的外导体内径尺寸，就能测量SMA、APC-3.5以及相近尺寸的连接器。包围半硬电缆的黄铜管直径与SMA型连接器外壳直径几乎相同，以维持特性阻扰Zoz恒等于50Q的状态。
17、为了测量较大尺寸的连接器，例如APC-7或N型，必须在大约为连接器对长度的范围内增大外同轴导管的尺寸，形成一凸形腔体(q)，如图2所示。该尺寸不做严格要求，允许反射系数高到O.5(失配损耗不大于1.2 dB)。图5表示一个根据图2的原理设计的三同轴试验装置的机械结构示意图。图中还把T型馈电接头处的匹配元件e作为一个重要细节画出。e 图5按图2原理设计的三同轴试验装置机械结构实例a-具有14mm内径的外同轴系统的外导体p安装法兰盘;d一确保T型接头处接触压力的介质固定螺钉se-T型接头处匹配调节螺栓;f一输向固定及定中心的低损耗介质固体垫圈鸣一T型接触叉;h-低阻抗端多级变换器内导体;m一若干个
18、定中心的低损耗泡沫介质垫圈;P一包围半硬电缆的6mm外径的硬黄铜管闲二较大连接器外导体用的凸形腔体(取决于较大连接器尺寸);S一内径7mm的多级馈电变换器的外导体;TB、TC-涂有吸收层的泡沫扇形截面锥体和4个电阻器(每个200Q并联)的圆锥形终端;X被测连接器对Pw一最小反射的铁氧体s一详见A2.1. 3 318 GHz频段内匹配波导组件为了进一步扩展频率，使之超出匹配三同轴装置可能达到的频率范围，制造了种比较简单的波导组件，其测量频率大约可达到连接器上限频率的3/40如图6所示，这个装置由两个有共同宽壁的波导并排工作组成。GB 12270-90 在波导组件宽壁上有一个纵向槽和一个较宽的开口
19、，通过这里放置一对装有合适半硬同轴电缆的连接器。输入信号被一个3dB同相功率分配器分为两路，然后反相输入到两个波导臂，在这两个波导的对面端口上端接匹配负载。如果波导组件是对称的，则被测连接器对附近的电场与同轴装置中的TEM模极其相似，在连接器对外部系统的准TEM模阻抗Z02取决于连接器和波导的尺寸，并可能在Z03/3与3Z03之间变化，但正如反复啃合和分离被测连接器对时出现的情况，宫对总精度的影响远远小于屏蔽效率实际测量值的离散宽度。c-c A因:图6波导组件装置A测试端口;B、t相反端口的终端;X被测连接器对;E-测试区域中的电场;d同相功率分配器FE一信号发生器;1-波导匹配负载;U一!可
20、轴到波导的转换;V一具有相等电长度的半硬同轴电缆;Z03-内同轴系统的阻抗(Z03 = Zo ); Z02 外同输系统的准TEM模阻抗;PJ-输入功率;P2一外同轴系统的总功率(两段波导加在一起);P3一传输到系统3(内同轴系统)的终端上的功率假定功率分配器和能量输入元件不引起损耗，则沿连接器对传输的总功率P2等于输入功率P。因此，假设Z02= Z03 = Zo ，Zt的关系式是:ZMEzo=2JE zo 整个测试系统装置与使用兰同轴装置测试系统的情况完全一样，后者给出的全部资料在此也同样适用。用一个具有恒定不变的转移阻抗的模拟件代替连接器对，在三同轴装置和波导组件均适用的重迭频率植围内，分别
21、把用两种装置测得的数据加以比较，结果证明-致性在4dB之内。图7是这种波导组件的分解图。在两块锡片(C)上切出开口之前，可以测出该装置的剩余世漏和失配。用小刀在锡片上切一个开口，使其边缘d与连接器壳体X之间有1mm间隔，这样，纵向电流就能沿着连接器对的外壳表面流动。QD GB 12270-90 d4孟二二歹/三/at=J: x 图7波导组件的展开图a b - g 、，a a、a一上、下波导;b、b一上、下隔板川、c-O.05 mm厚的上、下锡片;g一装有半硬电缆的被测连接器对和终端连接帮一完整的组件(上波导被去掉)，锡片尚未切开，准备用于泄漏和失配的测试;f组件中的隔板示图Id一锡片的边缘;X
22、一被测连接器对因为被测连接器对表面上的磁场和电流最大，故在该连接器对范围内，组件的每一根波导或多或少地类似于脊形波导进行工作。两片金属板b、b上的多边形开口的尺寸取决于波导和连接器的尺寸，这些尺寸用连接器、电缆和披导尺寸的倍数表示，见图8。波导组件必须用夹具机械固定，而且，连接器对和电缆装置也必须紧固，以保持稳定的测试条件。GB 12270-90 详图X(l.2-1.4) | 图8波导组件尺寸a、b一波导的尺寸;d一电缆的外径p-见详图X;一被测连接器对;一波导被测连接器对的外径允许范围为的O.250. 9倍。2.2 可测量衰减范围的极限值与重复性实际上，用扫频法可测量的Z，最小值取决于低噪声
23、前置放大器、功率放大器及频谱分析仪的特性。Z，最小值可以用可在足够精度下测得的P3/P2的最低比值表示，其中P3是传输到内同轴系统每个终端上的功率，凡是在外同轴系统中流过被测连接对的波功率，内外同轴系统中流过被测连接对的波功率，内外同轴系统的特性阻抗均等于鸟，根据前面给出的推导Z.和P3/PZ的关系为:tzn=2Zo 比值P3/PZ用dB表示时，在1kHz12 GHz的整个频段内，由常规设备测得的以dB表示的P3/PZ实际极限值大约是155岖，这相当于Z，句2Q。测量精度取决于校准的衰减器质量、仪器的稳定性以及试验装置中若干端口上不希望有的反射。大约土3dB的测量精度是能达到的。当考虑诸如连接
24、器对的机械操作问题引起衰减值的较大离散性时，这个精度则认为是足够满意的。例如当啃合N型连接器对时，把螺纹拧紧转矩增大1倍可能会很容易地使Z.值减少30dB或者更多。GB 1 2270 - 9 0 附录A射频同轴连接嚣屏蔽效率测试可选用的测试装置(参考件)本附录给出的各种类型测试装置，经验证和论证分析，可等效用于射频同轴连接器的屏蔽测试。但若测试结果有争议时，则应以标准中规定的测试装置所测结果为准。表Al测试装置序号|类型测试装置结构示意图计算屏蔽效率公式短路活塞型三同轴二端口吸2 I收型三同轴以门-nn。eo o ou 唱a鸟问10去-3dB3 I T型三同轴问。去-6dB4 波导组件型1010g1O去一切B附加说明:本标准由国营八五三厂负责起草。本标准主要起草人张志谦、徐俐弟。
