การวิเคราะห์ความล้มเหลวและการปรับปรุงตัวเชื่อมต่อโคแอกเซียล RF

เนื่องจากเป็นส่วนสำคัญของส่วนประกอบแบบพาสซีฟ ตัวเชื่อมต่อโคแอกเซียล RF จึงมีลักษณะการส่งสัญญาณบรอดแบนด์ที่ดีและวิธีการเชื่อมต่อที่หลากหลาย ดังนั้นจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องมือทดสอบ ระบบอาวุธ อุปกรณ์สื่อสาร และผลิตภัณฑ์อื่น ๆเนื่องจากการประยุกต์ใช้ตัวเชื่อมต่อโคแอกเชียล RF ได้เจาะเข้าไปในเกือบทุกภาคส่วนของเศรษฐกิจของประเทศ ความน่าเชื่อถือจึงดึงดูดความสนใจมากขึ้นเรื่อยๆมีการวิเคราะห์โหมดความล้มเหลวของขั้วต่อโคแอกเชียล RF

หลังจากเชื่อมต่อคู่ขั้วต่อชนิด N แล้ว พื้นผิวสัมผัส (ระนาบอ้างอิงทางไฟฟ้าและเครื่องกล) ของตัวนำด้านนอกของคู่ขั้วต่อจะถูกขันให้แน่นซึ่งกันและกันโดยความตึงของเกลียว เพื่อให้ได้ความต้านทานหน้าสัมผัสเล็กน้อย (< 5 ม. โอห์ม)ส่วนพินของตัวนำในพินถูกเสียบเข้าไปในรูของตัวนำในซ็อกเก็ต และหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าที่ดี (ความต้านทานการสัมผัส <3m Ω) จะถูกรักษาไว้ระหว่างตัวนำภายในสองตัวที่ปากของตัวนำในซ็อกเก็ตผ่าน ความยืดหยุ่นของผนังซ็อกเก็ตในเวลานี้ พื้นผิวขั้นบันไดของตัวนำในพินและส่วนปลายของตัวนำในซ็อกเก็ตไม่ได้ถูกกดให้แน่น แต่มีช่องว่าง <0.1 มม. ซึ่งมีผลกระทบสำคัญต่อประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและความน่าเชื่อถือของ ขั้วต่อโคแอกเชียลสถานะการเชื่อมต่อในอุดมคติของคู่ตัวเชื่อมต่อชนิด N สามารถสรุปได้ดังนี้: การสัมผัสที่ดีของตัวนำด้านนอก การสัมผัสที่ดีของตัวนำด้านใน การรองรับที่ดีของการสนับสนุนอิเล็กทริกไปยังตัวนำด้านใน และการส่งผ่านความตึงของเกลียวที่ถูกต้องเมื่อสถานะการเชื่อมต่อข้างต้นเปลี่ยนแปลง ตัวเชื่อมต่อจะล้มเหลวเริ่มต้นด้วยประเด็นเหล่านี้และวิเคราะห์หลักความล้มเหลวของตัวเชื่อมต่อเพื่อค้นหาวิธีที่ถูกต้องในการปรับปรุงความน่าเชื่อถือของตัวเชื่อมต่อ

1. ความล้มเหลวเกิดจากการสัมผัสตัวนำด้านนอกไม่ดี

เพื่อให้มั่นใจในความต่อเนื่องของโครงสร้างไฟฟ้าและเครื่องกล แรงระหว่างพื้นผิวสัมผัสของตัวนำภายนอกโดยทั่วไปจึงมีขนาดใหญ่ยกตัวอย่างตัวเชื่อมต่อชนิด N เมื่อแรงบิดในการขัน Mt ของปลอกสกรูเป็นมาตรฐาน 135Nซม. สูตร Mt=KP0 × 10-3Nm (K คือค่าสัมประสิทธิ์แรงบิดในการขัน และ K=0.12 ที่นี่) ความดันตามแนวแกน P0 ของตัวนำด้านนอกสามารถคำนวณได้เป็น 712Nหากความแข็งแรงของตัวนำด้านนอกไม่ดี อาจทำให้ส่วนปลายที่เชื่อมต่อของตัวนำด้านนอกสึกหรออย่างรุนแรง และอาจถึงขั้นเสียรูปและพังทลายได้ตัวอย่างเช่น ความหนาของผนังปลายเชื่อมต่อของตัวนำภายนอกของปลายตัวผู้ของขั้วต่อ SMA ค่อนข้างบาง เพียง 0.25 มม. และวัสดุที่ใช้ส่วนใหญ่เป็นทองเหลือง มีความแข็งแรงอ่อนแอ และแรงบิดในการเชื่อมต่อมีขนาดใหญ่เล็กน้อย ดังนั้น ใบหน้าปลายที่เชื่อมต่ออาจผิดรูปเนื่องจากการอัดขึ้นรูปมากเกินไป ซึ่งอาจทำให้ตัวนำภายในหรือตัวรองรับอิเล็กทริกเสียหายได้นอกจากนี้ พื้นผิวของตัวนำด้านนอกของตัวเชื่อมต่อมักจะถูกเคลือบ และการเคลือบของหน้าปลายที่เชื่อมต่อจะได้รับความเสียหายจากแรงสัมผัสขนาดใหญ่ ส่งผลให้ความต้านทานการสัมผัสระหว่างตัวนำด้านนอกเพิ่มขึ้นและค่าไฟฟ้าลดลง ประสิทธิภาพของตัวเชื่อมต่อนอกจากนี้ หากใช้ขั้วต่อโคแอกเซียล RF ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง หลังจากผ่านไประยะหนึ่ง ชั้นฝุ่นจะสะสมอยู่ที่ปลายด้านเชื่อมต่อของตัวนำด้านนอกชั้นฝุ่นนี้ทำให้ความต้านทานการสัมผัสระหว่างตัวนำด้านนอกเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การสูญเสียการแทรกของขั้วต่อเพิ่มขึ้น และดัชนีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าลดลง

มาตรการปรับปรุง: เพื่อหลีกเลี่ยงการสัมผัสตัวนำด้านนอกที่ไม่ดีซึ่งเกิดจากการเสียรูปหรือการสึกหรอมากเกินไปของหน้าปลายเชื่อมต่อ ในด้านหนึ่ง เราสามารถเลือกวัสดุที่มีความแข็งแรงสูงกว่าเพื่อประมวลผลตัวนำด้านนอก เช่น ทองแดงหรือสแตนเลสในทางกลับกัน ความหนาของผนังของหน้าปลายเชื่อมต่อของตัวนำด้านนอกยังสามารถเพิ่มขึ้นได้เพื่อเพิ่มพื้นที่สัมผัส ดังนั้นความดันบนพื้นที่หน่วยของหน้าปลายเชื่อมต่อของตัวนำด้านนอกจะลดลงเมื่อเท่ากัน ใช้แรงบิดในการเชื่อมต่อตัวอย่างเช่น ตัวเชื่อมต่อโคแอกเซียล SMA ที่ปรับปรุงใหม่ (SuperSMA ของบริษัท SOUTHWEST ในสหรัฐอเมริกา) เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของการรองรับขนาดกลางคือ Φ 4.1 มม. ลดลงเหลือ Φ 3.9 มม. ความหนาของผนังของพื้นผิวเชื่อมต่อของตัวนำด้านนอกจะเพิ่มขึ้นตามลำดับ ถึง 0.35 มม. และความแข็งแรงทางกลได้รับการปรับปรุง จึงเพิ่มความน่าเชื่อถือของการเชื่อมต่อเมื่อจัดเก็บและใช้ขั้วต่อ ให้รักษาด้านปลายเชื่อมต่อของตัวนำด้านนอกให้สะอาดหากมีฝุ่นเกาะอยู่ให้เช็ดด้วยสำลีแอลกอฮอล์ควรสังเกตว่าไม่ควรแช่แอลกอฮอล์บนตัวรองรับสื่อระหว่างการขัดถู และไม่ควรใช้ตัวเชื่อมต่อจนกว่าแอลกอฮอล์จะระเหย มิฉะนั้นความต้านทานของตัวเชื่อมต่อจะเปลี่ยนไปเนื่องจากการผสมของแอลกอฮอล์

2. ความล้มเหลวเกิดจากการสัมผัสตัวนำภายในไม่ดี

เมื่อเทียบกับตัวนำด้านนอก ตัวนำภายในที่มีขนาดเล็กและมีความแข็งแรงต่ำมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการสัมผัสที่ไม่ดีและทำให้ขั้วต่อเสียหายการเชื่อมต่อแบบยืดหยุ่นมักใช้ระหว่างตัวนำภายใน เช่น การเชื่อมต่อแบบยืดหยุ่นแบบ slotted แบบซ็อกเก็ต การเชื่อมต่อแบบยืดหยุ่นแบบสปริงก้ามปู การเชื่อมต่อแบบยืดหยุ่นแบบสูบลม ฯลฯ ในหมู่พวกเขา การเชื่อมต่อแบบยืดหยุ่นแบบซ็อกเก็ต-สล็อตมีโครงสร้างที่เรียบง่าย ต้นทุนการประมวลผลต่ำ การประกอบที่สะดวกและการใช้งานที่กว้างที่สุด พิสัย.

มาตรการปรับปรุง: เราสามารถใช้แรงแทรกและแรงยึดของพินเกจมาตรฐานและตัวนำในซ็อกเก็ตเพื่อวัดว่าการจับคู่ระหว่างซ็อกเก็ตกับพินนั้นสมเหตุสมผลหรือไม่สำหรับขั้วต่อชนิด N เส้นผ่านศูนย์กลาง Φ 1.6760+0.005 แรงแทรกเมื่อพินเกจมาตรฐานจับคู่กับแม่แรงควรเป็น ≤ 9N ในขณะที่เส้นผ่านศูนย์กลาง Φ 1.6000-0.005 พินเกจมาตรฐานและตัวนำในซอคเก็ตจะต้องมีแรงยึด ≥ 0.56น.ดังนั้นเราจึงสามารถใช้แรงแทรกและแรงกักเก็บเป็นมาตรฐานการตรวจสอบได้โดยการปรับขนาดและความทนทานของซ็อคเก็ตและพิน ตลอดจนกระบวนการบำบัดอายุของตัวนำในซ็อคเก็ต แรงแทรกและแรงยึดระหว่างพินและซ็อคเก็ตจึงอยู่ในช่วงที่เหมาะสม

3. ความล้มเหลวที่เกิดจากความล้มเหลวของการรองรับอิเล็กทริกเพื่อรองรับตัวนำภายในอย่างดี

ในฐานะที่เป็นส่วนสำคัญของตัวเชื่อมต่อโคแอกเชียล การสนับสนุนอิเล็กทริกมีบทบาทสำคัญในการรองรับตัวนำภายในและทำให้มั่นใจถึงความสัมพันธ์ของตำแหน่งสัมพัทธ์ระหว่างตัวนำด้านในและด้านนอกความแข็งแรงเชิงกล ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อน ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ค่าการสูญเสีย การดูดซึมน้ำ และคุณลักษณะอื่นๆ ของวัสดุมีผลกระทบสำคัญต่อประสิทธิภาพของขั้วต่อความแข็งแรงทางกลที่เพียงพอเป็นข้อกำหนดพื้นฐานที่สุดสำหรับการรองรับอิเล็กทริกในระหว่างการใช้ขั้วต่อ ตัวรองรับอิเล็กทริกควรรับแรงกดตามแนวแกนจากตัวนำด้านในหากความแข็งแรงทางกลของตัวรองรับอิเล็กทริกต่ำเกินไป จะทำให้เกิดการเสียรูปหรือความเสียหายระหว่างการเชื่อมต่อโครงข่ายหากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของวัสดุสูงเกินไป เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงอย่างมาก ตัวรองรับอิเล็กทริกอาจขยายหรือหดตัวมากเกินไป ทำให้ตัวนำภายในคลายตัว หลุดออก หรือมีแกนที่แตกต่างจากตัวนำด้านนอก และยังทำให้เกิด ขนาดของพอร์ตตัวเชื่อมต่อที่จะเปลี่ยนอย่างไรก็ตาม การดูดซึมน้ำ ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก และปัจจัยการสูญเสียส่งผลต่อประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของขั้วต่อ เช่น การสูญเสียการแทรกและสัมประสิทธิ์การสะท้อน

มาตรการปรับปรุง: เลือกวัสดุที่เหมาะสมเพื่อประมวลผลการรองรับสื่อตามลักษณะของวัสดุผสม เช่น สภาพแวดล้อมการใช้งานและช่วงความถี่ในการทำงานของตัวเชื่อมต่อ

4. ความล้มเหลวที่เกิดจากความตึงของเกลียวไม่ถูกส่งไปยังตัวนำภายนอก

รูปแบบที่พบบ่อยที่สุดของความล้มเหลวนี้คือการหลุดออกจากปลอกสกรู ซึ่งสาเหตุหลักมาจากการออกแบบหรือการประมวลผลโครงสร้างปลอกสกรูอย่างไม่สมเหตุสมผล และความยืดหยุ่นที่ไม่ดีของแหวนล็อก

4.1 การออกแบบหรือการประมวลผลโครงสร้างปลอกสกรูที่ไม่สมเหตุสมผล

4.1.1 การออกแบบโครงสร้างหรือการประมวลผลของร่องแหวนสแน็ปปลอกสกรูนั้นไม่สมเหตุสมผล

(1) ร่องแหวนล็อกลึกหรือตื้นเกินไป

(2) มุมไม่ชัดเจนที่ด้านล่างของร่อง

(3) ลบมุมมีขนาดใหญ่เกินไป

4.1.2 ความหนาของผนังตามแนวแกนหรือแนวรัศมีของร่องแหวนล็อกปลอกสกรูบางเกินไป

4.2 แหวนล็อกมีความยืดหยุ่นต่ำ

4.2.1 การออกแบบความหนาของแหวนสแนปนั้นไม่สมเหตุสมผล

4.2.2 การเสริมความแข็งแรงของแหวนสแน็ปตามอายุที่ไม่สมเหตุสมผล

4.2.3 การเลือกวัสดุของแหวนล็อกที่ไม่เหมาะสม

4.2.4 การลบมุมวงกลมด้านนอกของแหวนล็อกมีขนาดใหญ่เกินไปแบบฟอร์มความล้มเหลวนี้ได้รับการอธิบายไว้ในบทความหลายบทความ

ยกตัวอย่างตัวเชื่อมต่อโคแอกเซียลชนิด N โดยมีการวิเคราะห์โหมดความล้มเหลวหลายโหมดของตัวเชื่อมต่อโคแอกเซียล RF ที่เชื่อมต่อด้วยสกรูซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายโหมดการเชื่อมต่อที่แตกต่างกันจะนำไปสู่โหมดความล้มเหลวที่แตกต่างกันโดยการวิเคราะห์เชิงลึกของกลไกที่เกี่ยวข้องของแต่ละโหมดความล้มเหลวเท่านั้น จึงเป็นไปได้ที่จะหาวิธีที่ได้รับการปรับปรุงเพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือ จากนั้นจึงส่งเสริมการพัฒนาตัวเชื่อมต่อโคแอกเซียล RF