电缆组件的射频稳定性-超过IEC或MIL标准

在讨论射频同轴电缆组件时，我们经常听到“组件的射频稳定性是什么?”问题是，根据应用的不同，可能会有各种各样的答案。在这篇文章中，我们打算说明采用保守方法的价值，该方法与国际电工委员会(IEC)公布的文件密切一致，并根据环境条件定制，以达到绝对确保现场性能的测试程序。通过将我们自己的San-tron测试程序与IEC发布的测试程序进行比较和对比，我们希望展示不同的视角和方法如何在该领域获得最佳结果。然而，我们注意到，起源于美国军事采购机构(MIL-STD)并由IEC采用和更新的测试协议的演变仍可能发展成更完善的实践。

在实施测试程序的过程中，首先确定测试的真正意图是至关重要的。一种可能是描述组件的极限性能特征。因此，测试协议将要求对电缆的实际限制参数进行操作，而不是“标准”所概述的参数。例如，这些将包括动态最小弯曲半径，最大扭矩和组件的操作热极限。另一个目的可能是在作战部署范围内描述电缆的性能，如航空电子设备、室外蜂窝通信或测试和测量。这样，比较不同的解决方案以及它们如何支持预期的应用程序就变得更容易了。

在本文中，我们将演示用于矢量网络分析仪(VNA)和无源互调(PIM)测试的测试端口电缆的特性。典型的测试端口电缆的长度范围从40英寸(1米)到13英尺(4米)。被测设备(DUT)的访问方式各不相同:它可以位于试验台、环境室、机架安装子系统、塔式安装系统或飞机装置上。在所有这些应用中，测试电缆将受到反复弯曲和扭转。因此，我们将电缆展开概括为三个基本活动:电缆绕芯轴的折叠和扭转以及低频振动。无论电缆大小如何，它都会受到这些实际的应力和应变。

相位稳定性评估

为了说明稳定性特征，我们使用SRX141™同轴电缆与eSeries™?连接器端子，santron SRX™系列装配解决方案中应用最广泛的产品，用于系统集成和测试和测量。

该电缆的原始原型是氟化乙烯丙烯(FEP)护套电缆，采用银(Ag)包铜(Cu)电线编织，银包铜箔螺旋，聚四氟乙烯(PTFE)电介质和银包固体铜中心导体。使用STI 8.2.4-14 A1标准中概述的电缆折叠测试，原型功能非常好。然而，在电缆扭曲测试(STI 8.2.4-14 B1)中，测量结果显示插入损耗和PIM性能都不稳定。应用STI 8.2.4-14 C2的振动测试，我们看到随着时间的推移，电缆的性能发生了灾难性的退化。根本原因是电缆在编织下的物理构成松动，产生pim信号和不同的插入损耗。这种故障模式促使我们进行了设计审查和工艺升级，最终开发出了一种电缆结构，可以在恶劣的环境和测试协议中保持其性能。

在演示中，测试电缆为SRX141电缆组件，额定用于PIM应用，长60英寸，端接直esseries Type N型公连接器。VNA使用一根测试端口电缆和使用Type N校准套件从10 MHz到10 GHz的全双端口校准。校准后，用一个10磅的台钳固定测试端口电缆，以防止测试设置引入变化。然后将测试电缆与VNA配合，并以U形布置，如图所示图1．测试电缆首先进行电缆折叠测试的五个周期(见图2)，然后进行5个周期的电缆扭转试验(见图3)．最坏情况的结果总结在表1．

初始阶段基线测量，示于图4，在-0.30度和+0.03度之间建立了“零线”。将样品电缆组件在5英寸直径芯轴的两个方向上折叠5个重复循环，导致相移，其极端读数如表1所示。顺时针折叠时，电长度增加到-0.16度/GHz图5)．展开样品将电长度减小到+0.08度/GHz，这与基线测量值有0.11度/GHz的偏移。接下来，逆时针折叠样品将电长度扩大到-0.09度/GHz。展开样品的结果是+0.26度/GHz(参见图6)，与初始条件的偏差为0.29°/GHz。测量结果显示随机折叠样品的相移不对称变化，在-0.16和+0.26度/GHz之间。从这个数据中，我们可以认为有折叠的相位稳定性为0.42度/GHz。

传统上，电缆扭曲测试会导致更大的退化，因此在电缆折叠测试之后进行。对测试样品施加正180度物理扭曲，电长度减少到+0.54度/GHz。放松扭转回到中性位置将相位移至+0.71度/GHz。然后施加负180度的物理扭曲将电长度扩大到+0.45度/GHz。最后，将扭转放松到中性位置，电长度降低到+0.74度/GHz。

请注意，当电缆放松时，相移不会恢复到零;我们看到的范围在+0.08(折叠测试)和+0.74(扭曲测试)度/GHz之间。折叠和扭曲测试的相移分别为-0.16到+0.26和+0.45到+0.74度/GHz。结合这些变化，从-0.16到+0.74，指定相位稳定范围为0.90°/GHz。

产生不稳定性的机制多种多样。扭曲电缆引起的变化与简单地折叠电缆不同。我们还看到，扭转的影响会减少电长度，而折叠可以拉长和收缩相长。通过对预期应用进行建模，并在渐进式协议中应用测试，我们可以开发测试流程和参数，如度/GHz，以估计测量不确定度和电缆变化，以及产品在现场的表现。

电缆装配试验方法比较

上面的例子表明，没有一个单一的测试可以识别所有潜在的失效模式。根据前面描述的初始电缆设计，原型通过了折叠测试，但扭曲测试出现异常。振动测试证实，该组件存在潜在缺陷，可能会在现场出现故障。通过定义测试协议来评估和验证设计和组装过程，SRX™产品线具有以前在全柔性电缆组件中从未实现过的性能特征。

santron测试方法总结在表2．这些测试需要多次物理压力循环，至少5次，以确定所测参数是否在重复的循环中发生变化。如果观察到变化，工作人员可以决定是否需要进行额外的测试。santron发现这些测试非常划算。除了VNA，他们需要在测试装置、设备和培训方面的最低投资。它们易于复制，并可在现场进行现场测试和验证。

为了与San-tron测试方法进行比较，表3概述IEC出版物。这些测试方法也很经济，只需要最少的工具。他们是培训工程师和测试技术人员的绝佳来源，特别是IEC-60966-1的通用规范。它提供了射频电缆组件和性能参数的概述。然而，IEC方法只需要一个稳定性验证的测试周期(第8.4和8.6段)，并且可以通过要求多个物理应力周期来改进。IEC-62037-2和IEC-62037-4的工艺有更多的发展。

美国军事标准(见表4)是IEC和San-tron测试方法的起源。然而，许多测试在识别潜在的故障模式方面是无效的，并且所需的合格产品清单(QPL)方法是昂贵的。它需要在人员、测试样品、测试设备和配套夹具方面进行大量投资。尽管如此，mil - std定义了最全面的特征，并适用于有生命危险的军事部署。

结论

为了充分测试和鉴定电缆组件设计，并确保制造过程中的产品质量，需要针对应用量身定制的测试方法，并在现场发生故障之前识别出潜在的故障模式。该方法必须使电缆组件经受多次物理应力循环，包括折叠、扭曲和低频振动。事实证明，San-tron开发的测试和流程可以实现这些目标，具有成本效益，并且可以在现场进行。