颜色编码适配器可实现不同类型同轴连接的互连

作者：Delta电子制造公司工程总监Bryan Micelli

测量精度和准确性通常不仅取决于测试设备的质量，而且还取决于被测设备(DUT)与测试设备之间的互连。尤其是当汽车雷达和第五代(5G)无线蜂窝网络等较新应用很好地扩展到毫米波频率范围时，更需要仔细配置和维护测试设置，尤其是同轴互连。

为了节省重复测量期间的时间，尝试在不同类型的同轴连接器之间进行快速互连，会导致测量中的插入损耗和VSWR降低，并且对同轴连接器和适配器造成不必要的磨损或损坏，尤其是在尝试用不同的外形类似的连接器去搭配适配器时。

但是，使用颜色编码可以很容易地进行正确的匹配：使用颜色可识别1毫米、1.85毫米、2.4毫米和2.92毫米的公头、母头毫米波同轴连接器的同轴适配器端口，其带宽范围从DC到110 GHz。这些独特的彩色编码同轴适配器提供了电气和机械性能，不仅可以延长使用适配器的连接器的使用寿命，而且还可以改善阻抗匹配，从而实现更好的测量。

我们需要去了解这些颜色编码适配器的更多信息，以及它们如何加快和简化越来越多的毫米波应用(包括5G和自动驾驶汽车)的测量任务。

无论是在测试系统中，还是在商业或军事电子系统领域中，工程师通常都会担心同轴互连的质量。如果未正确安装或在机械条件下未以最佳扭矩安装(消除气隙，为同轴连接器和适配器之间的互连提供平滑的阻抗转换)，那么可能会导致过多的信号反射和损耗，尤其是在较高频率下。即使不同的连接器在机械上兼容，它们也可能具有不同的频率限制，其中低频分量设置互连的上限频率。

节省时间

当时间至关重要时(例如在大批量生产测量中)，有效而实用的测量可能需要在测试齿轮和DUT之间进行快速有效的同轴互连，这有时会导致连接器对或连接器和适配器不匹配。考虑到连接器尺寸几乎是微观尺寸，可能无法始终避免不匹配的同轴互连，特别是在大容量测量应用中。专为毫米波频率而设计的同轴连接器和适配器的微小尺寸，使其特别容易受到错误处理，无论连接器是安装在DUT还是测试设备上。

连接器接口对于毫米波分量测量的准确性和可重复性至关重要，例如5G网络天线辐射方向图的表征。具有正确特性阻抗(例如50Ω)的连接器和适配器在适当的阻抗匹配时将产生最小的反射和最小的回波损耗(图1)。但是，将不同的扭矩值应用于相同类型的同轴互连的不同同轴接口，会导致与标称50Ω测试系统阻抗的偏差以及测量结果的变化。毫米波连接器/适配器组合件的接触点上即使有污垢也可能导致在28 GHz及更高频率下性能下降。同轴互连的一致性会随着频率的增加而变得越来越重要，这是获得一致的测量结果的一个因素。

图1：同轴连接器和适配器的材料组成和涂层的质量与毫米波频率下的性能和寿命有很大关系。

特别是在依靠确定DUT的相位性能或相位稳定性，并进行时间、温度、湿度甚至同轴电缆弯曲等变量的测量中，低于最佳的同轴连接器/适配器接口会导致测量误差测量之间的可重复性差(图2)。运行于110 GHz或更高频率的矢量网络分析仪(VNA)等新型高频仪器，对同轴连接器和适配器之间的阻抗失配非常敏感。连接器/适配器接口处的阻抗匹配不良会导致信号源处的反射率更高和回波损耗较高(VSWR较高)。这又会导致幅度和相位测量误差分别为±1 dB和±5°或更大，而在DUT与DUT之间缺乏可重复性。对于调制通信系统或毫米波雷达等对相位敏感的应用，测量结果在许多DUT之间可能会有很大差异。

同轴连接器/适配器测试接口上的阻抗匹配不良会导致测量精度较差，并且测试结果缺乏可重复性。

颜色发挥作用

同轴连接器适配器代表了长期以来用于配对连接器对的长期解决方案，这些连接器对最初不是用于形成互连的，例如SMA和N型连接器，甚至包括串联连接器，例如公头SMA至公头SMA连接器。经过精心设计，它们可在连接器和适配器接口之间提供出色的阻抗匹配，并在整个所需的频率范围内具有低插入损耗和回波损耗。适配器的机械设计、加工工艺和制造公差在很大程度上影响了它的有效性以及其材料成分。

同轴连接器和适配器上使用的电镀材料和厚度，可能与互连寿命以及在不降低测量性能和精度的情况下可以进行多少个互连周期有很大关系。许多更高频率的同轴连接器都基于具有空气绝缘的结构，以最大程度地减少高频损耗。某些低频同轴连接器使用聚四氟乙烯(PTFE)电介质，取决于材料中的气隙，这种介质安装到连接器外壳中时，可能会影响连接器和适配器的特性阻抗。同轴连接器和适配器材料的类型、镀层(例如黄铜或不锈钢)以及这些材料的厚度变化也会影响连接器和适配器的性能，尤其是在毫米波频率下(图1)。

表1：比较IEEE毫米波连接器/适配器的颜色

颜色编码的毫米波适配器由耐用材料制成，包括耐腐蚀不锈钢，旨在提高测量和其他高频应用中毫米波同轴互连的寿命和可重复性。他们使用IEEE开发的基于颜色的识别方案，用于DC至110 GHz或更高频率的连接器(请参见表1)。

带有颜色编码的同轴连接器适配器有助于在110 GHz的毫米波频率下节省连接器和测试设备。

使用颜色编码的适配器可以在毫米波频率上实现不同类型(系列之间)的同轴连接器以及相同类型(系列内)的同轴连接的互连。它们适用于2.92 mm、2.4 mm连接器、1.85 mm连接器和1mm连接器的组合，可用于将2.92 mm插头(公头)连接到1.85 mm插头(公头)，将2.92 mm插头连接至2.92 mm插头、2.4毫米插头至2.4毫米插头、1.85毫米插头(公头)至1.0毫米插孔(母头)，以及1.85毫米插孔至1.85毫米插孔。不同的颜色使得测试工程师能够根据应用的要求，根据连接器类型和/或工作频率范围，来检查连接器/适配器互连的兼容性。每个适配器都符合国际电工委员会(IEC)的高质量标准，包括用于1 mm连接器的IEC 61169-31，用于1.85 mm连接器的IEC 61169-32和用于2.92 mm连接器的IEC 61169-35。

编辑：hfy