淺談?dòng)詈郊?jí)電連接器射頻性能測(cè)試技術(shù)

(四川華豐企業(yè)集團(tuán)有限公司，四川綿陽(yáng)，621000)

1　引言

宇航級(jí)電連接器區(qū)別于普通電連接器，主要表現(xiàn)為：在不同軌道空間飛行系統(tǒng)中經(jīng)受真空、電暈放電、射頻高電位耐壓、溫度交變、輻照等復(fù)雜苛嚴(yán)的環(huán)境條件, 對(duì)設(shè)計(jì)選材和工藝設(shè)計(jì)提出很?chē)?yán)格的質(zhì)量要求。分析研究為驗(yàn)證宇航級(jí)電連接器材料能否滿足這些特殊的空間環(huán)境條件, 必需開(kāi)展一系列的試驗(yàn)如：電暈放電、射頻高電位耐壓、射頻功率、熱真空釋氣、溫度沖擊、交變濕熱、臭氧暴露、抗輻照、可燃性、氣味和毒性(廢氣) 等材料篩選試驗(yàn)方法。本文對(duì)宇航級(jí)電連接器材料的選擇提出了一些建議，著重討論其射頻性能指標(biāo)的測(cè)試原理及測(cè)試方法：(1)電暈電平；(2)射頻功率；(3)射頻高電位耐壓。

2　宇航級(jí)電連接器的選材

2.1　宇航級(jí)電連接器的選材質(zhì)量要求

2.1.1滿足零件功能要求

接觸件選材應(yīng)以性能為依據(jù)；必須保證插合后接觸可靠；殼體材料首先要保證設(shè)計(jì)強(qiáng)度和剛度要求,同時(shí)還應(yīng)滿足成型工藝要求。絕緣體材料必須具有優(yōu)良的電氣性能和作為結(jié)構(gòu)件所需的機(jī)械性能。對(duì)于有定位、鎖緊和屏蔽等功能的卡爪、彈簧爪和卡環(huán)等關(guān)鍵彈性零件,則應(yīng)選用具有可靠彈性性能的材料。

2.1.2質(zhì)量輕

質(zhì)量是宇航系統(tǒng)工程對(duì)電連接器各種基本要求之一，選用高比強(qiáng)度、高比剛度材料，可節(jié)省燃料、增加有效載荷，減少發(fā)射宇航飛行器的成本。采用復(fù)合材料金屬化殼體的電連接器比鋁合金殼體的電連接器質(zhì)量可大大減輕。SAC復(fù)合材料圓形電連接器比同類鋁合金殼體電連接器質(zhì)量輕45%。

2.1.3耐環(huán)境

由于受真空、輻照、原子氧和溫度沖擊的影響, 宇航用電連接器禁止使用鋰、鎂、汞、純錫等材料及有放射性的材料；金屬材料應(yīng)是耐腐蝕的，或者應(yīng)采用電鍍或進(jìn)行耐腐蝕處理。不相容金屬在接觸中使用，特別是黃銅、銅或鋼與鋁或鋁合金接觸，往往會(huì)引起活性電化學(xué)腐蝕，故是不允許的。但允許不相容基體金屬進(jìn)行涂覆以提供相容的或合適的鄰接表面。不相容金屬之間合適的絕緣材料隔開(kāi)使用也是允許的。禁止使用真空下有害氣體釋放的非金屬材料，一般均不選用PVC塑料；考慮輻射對(duì)非金屬材料的損害, 連接器的各個(gè)非金屬零件應(yīng)選用經(jīng)試驗(yàn)考核通過(guò)的輻射絕緣材料；真空環(huán)境中質(zhì)量損失小，有足夠的強(qiáng)度，環(huán)境適應(yīng)性，耐熱性、耐腐蝕性和耐 霉菌應(yīng)符合要求?？紤]到航天飛行器的安全, 連接器應(yīng)選用無(wú)毒和阻燃的,或燃燒時(shí)能迅速自熄,且很少產(chǎn)生煙霧材料。

2.1.4滿足特殊要求

宇航用電連接器除要求重量輕、體積小、長(zhǎng)壽命、高可靠外，必須保證連接器長(zhǎng)期貯存后在 沖擊、振動(dòng)、溫度交變、真空排氣、輻射、氧化、等離子氣體等復(fù)雜特殊的航天環(huán)境中仍能可靠使用。對(duì)航天器非金屬材料空間出氣污染性能判斷和相應(yīng)的材料篩選。一般要求被測(cè)材料在空間真空環(huán)境下的總質(zhì)量損失(TML)平均值不大于1%,收集到的可凝揮發(fā)物平均值不大于0.1%。超出上述規(guī)定的材料不得用于航天器。用于飛船生命保障系統(tǒng)的連接器應(yīng)阻燃無(wú)毒，無(wú)異味。

2.1.5高壽命

航天電連接器的長(zhǎng)壽命是指在規(guī)定工作環(huán)境下，在額定值范圍內(nèi)，其使用壽命達(dá)到較長(zhǎng)的年限。如按航天電子元器件貯存和超期復(fù)驗(yàn)規(guī)定；在中等環(huán)境溫濕度控制的庫(kù)房?jī)?nèi)，連接器可貯存8年。在使用中，經(jīng)安裝、調(diào)試、試驗(yàn)后隨衛(wèi)星上天完成運(yùn)行壽命的過(guò)程約需10年以上，故必須考慮長(zhǎng)期貯存后的電連接器在運(yùn)載火箭飛行段的動(dòng)力學(xué)環(huán)境與空間輻射環(huán)境中工作的可靠性。

2.1.6良好的工藝成型性能

在滿足設(shè)計(jì)預(yù)定的零件功能要求之同時(shí),必須考慮材料的工藝性能,應(yīng)盡可能選用適合于成熟生產(chǎn)工藝、效率高和相對(duì)成本低的材料。例如宇航用電連接器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定；壓接接觸件的絕緣安裝板中的接觸件固定卡爪應(yīng)能保持在硬質(zhì)絕緣安裝板中，應(yīng)能固定接觸件并符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的接觸件固定性要求。目前，一種與絕緣安裝板材料一體化的卡爪精密注塑新工藝，正在逐步替代原卡爪采用鈹青銅帶沖壓成型再嵌入硬質(zhì)絕緣安裝板中的老工藝。

2.2　宇航用電連接器主要零件材料選用

2.2.1幾種常見(jiàn)類型宇航級(jí)電連接器外殼選材

G類宇航級(jí)：墻式和螺母安裝固定電連接器和自由端電連接器，外殼為鋁合金導(dǎo)電鍍層。 H類宇航級(jí)：氣密封固定電連接器，鈍化不銹鋼外殼。M類：耐環(huán)境耐蝕的復(fù)合材料化學(xué)鍍鎳導(dǎo)電外殼。上述三類電連接器工作溫度均為-65℃～200℃。J類：耐環(huán)境耐蝕的復(fù)合材料鍍鎘成軍綠色導(dǎo)電外殼。電連接器工作溫度為-65℃～175℃。

2.2.2宇航用電連接器主要零件材料選用

① 接觸件:G類、J類和M類宇航用電連接器一般均選用鈹青銅制作接觸件，因鈹青銅具有比一般青銅和黃銅更高的強(qiáng)度水平。鈹青銅接觸件承受高應(yīng)力時(shí)能無(wú)屈服變形或斷裂,維持長(zhǎng)期的高應(yīng)力狀態(tài)而不松弛,在有限的空間內(nèi)能提供最大的力；并且具有高的導(dǎo)電率和導(dǎo)熱率、優(yōu)良的抗腐蝕性、良好的工藝性能。退火或冷軋狀態(tài)帶材任何方向都能沖壓成形；鈹青銅材料隨冷作硬化程度的不同,規(guī)格直徑越細(xì),強(qiáng)度越高,而塑性下降。冷作硬化狀態(tài)比退火狀態(tài)強(qiáng)度高,經(jīng)時(shí)效硬化熱處理后可進(jìn)一步提高強(qiáng)度。 對(duì)于宇航用毫微米連接器，也有用金合金制作接觸件。例如毫微米連接器接觸件間距僅0.635mm，使用ASTM-B-417和ASTM-B-541貴重的金合金制作絞線式彈性插針和插孔。解決了在毫微米插針和插孔上使用金屬鍍層所產(chǎn)生的電阻和侵蝕等問(wèn)題。特別適用于宇航員生命保障系統(tǒng)等嚴(yán)格的空間環(huán)境。H類宇航級(jí)電連接器接觸件選用52鎳鐵合金或等效材料，以保證和玻璃燒結(jié)絕緣體有良好的熔接浸潤(rùn)界面，保證熱應(yīng)力作用下良好的尺寸穩(wěn)定性和氣密性。

② 絕緣體: G類、J類和M類宇航用電連接器常選用纖維增強(qiáng)熱塑性聚酯樹(shù)脂制作絕緣體。該材料熱撓曲溫度高、剛度大、吸水率低、尺寸穩(wěn)定、自熄性和優(yōu)良的電性能。具有玻璃纖維增強(qiáng)尼龍相同高的熱撓曲溫度,但沒(méi)有玻璃纖維增強(qiáng)尼龍的高吸水性和尺寸穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)。熱塑性聚酯樹(shù)脂的電性能不受長(zhǎng)期濕氣暴露的影響。玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性聚酯樹(shù)脂的優(yōu)點(diǎn)在于能保持介電強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性和抗蠕變性。聚苯醚樹(shù)脂密度低,具有較大范圍的耐溫能力、高度的尺寸穩(wěn)定性,突出的水解穩(wěn)定性和優(yōu)良的機(jī)械性能,非常適合作為宇航用電連接器的絕緣體材料。H類宇航級(jí)電連接器常選用針座用燒結(jié)玻璃材料，孔座用燒結(jié)玻璃密封或硬質(zhì)絕緣材料；燒結(jié)玻璃絕緣體材料與低膨脹合金殼體材料具有較低的膨脹系數(shù)，在熱應(yīng)力作用下能保證尺寸穩(wěn)定和良好的氣密性。

③ 彈性零件 :起鎖緊定位功能彈簧爪、卡環(huán)、卡釘?shù)汝P(guān)鍵彈性零件,如。常選用經(jīng)熱處理的鈹青銅或不銹鋼制作。零件材料性能是否符合標(biāo)準(zhǔn)非常重要。不少連接器失效是由彈性零件失效引起的。而彈性零件失效原因往往是由于材料質(zhì)量問(wèn)題。

④ 橡膠零件: 密封圈、封線體及界面密封墊采用硅橡膠、氟硅橡膠或耐油橡膠等制作，硅橡膠RTV一般具有優(yōu)良的熱和化學(xué)穩(wěn)定性，且在極寬的溫度范圍 內(nèi)有高而較恒定的柔軟性。

⑤ 灌封材料：如果尾端的封線體的結(jié)構(gòu)不能與外殼體內(nèi)壁之間完全緊密接觸，則絕緣體與外殼體之間 形成的間隙要采用符合規(guī)定的硅橡膠RTV或等效材料給以填充。

⑥ 鍍層材料：殼體、接觸件等零件，為保證常閉合狀態(tài)下低電平電路接觸件能可靠工作,對(duì)表面均需進(jìn)行電鍍。宇航用電連接器禁止采用底層鍍銀的電鍍工藝，禁止采用表面鍍鋅工藝。G類宇航級(jí)電連接器殼體和尾部附件按相應(yīng)涂覆標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定化學(xué)鍍鎳，導(dǎo)電的，應(yīng)能耐受48h鹽霧試驗(yàn)。允許使用適當(dāng)?shù)牡族儗?。H類宇航級(jí)電連接器不銹鋼殼體和尾部附件鈍化處理，且表面層導(dǎo)電。 J類適當(dāng)?shù)族儗由襄冩k，可經(jīng)受2000h 鹽霧試驗(yàn)，表面導(dǎo)電。M類適當(dāng)?shù)族儗由匣瘜W(xué)鍍鎳，也可經(jīng)受2000h鹽霧試驗(yàn)，表面導(dǎo)電。由于鍍金接觸件具有優(yōu)良的耐蝕、耐磨性能和低的接觸電阻,鍍金層對(duì)氧幾乎不吸附；電連接器接觸件表面鍍金是防止腐蝕導(dǎo)致接觸電阻升高的重要保證。高質(zhì)量的 鍍金層不僅取決于厚度，還取決于鍍層是 否具有牢固的與基體材料的結(jié)合力、耐磨損和低的孔隙率。故鍍金接觸件廣泛應(yīng)用 于可靠性要求高的宇航級(jí)電連接器。宇航級(jí)電連接器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中通常都規(guī)定；鍍金層厚度應(yīng)大于1.27μm。

3　宇航級(jí)電連接器耐射頻性能試驗(yàn)

3.1　電暈電平

3.1.1電暈電平測(cè)試原理

電暈電平測(cè)試實(shí)際上就是用一種有效的方法將被試品在電場(chǎng)中發(fā)生的放電量在5pC以下的電暈放電現(xiàn)象檢測(cè)出來(lái)。國(guó)軍標(biāo)GJB681A中對(duì)電暈電平這一測(cè)試項(xiàng)目規(guī)定如下：把試驗(yàn)樣品插合成對(duì)，安裝在一個(gè)適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)電路上。在規(guī)定的低氣壓值下，將50Hz的試驗(yàn)電壓增加至相關(guān)詳細(xì)規(guī)范的規(guī)定值，試驗(yàn)電路元件電暈放電應(yīng)在5pC或能被測(cè)出的更小值放電范圍內(nèi)。所使用的電纜型號(hào)和電纜長(zhǎng)度應(yīng)按相關(guān)詳細(xì)規(guī)范的規(guī)定。在試驗(yàn)的產(chǎn)品上或產(chǎn)品內(nèi)，不應(yīng)使用潤(rùn)滑油或類似的化合物。將試驗(yàn)樣品風(fēng)凈以后，把50Hz的試驗(yàn)電壓慢慢增加，直至靈敏度5pC的檢測(cè)器指示出持續(xù)電暈放電時(shí)為止。然后，把電壓降低，直至電暈是在5pC或更小時(shí)為止。這個(gè)最后的電壓值就是被測(cè)連接器的電暈電平。電暈放電是局部放電的三種形式之一。其中，發(fā)生在絕緣體內(nèi)部的放電稱為內(nèi)部局部放電，發(fā)生在絕緣體表面的放電稱為表面局部放電，發(fā)生在被氣體包圍的導(dǎo)體附近的放電稱之為電暈。在電暈電平的測(cè)試過(guò)程中，被試樣品同時(shí)發(fā)生了三種形式的放電現(xiàn)象。我們現(xiàn)行的試驗(yàn)方法無(wú)法對(duì)這三種放電分別進(jìn)行考核。所以對(duì)于電暈電平測(cè)試，我們檢測(cè)到的是被試樣品發(fā)生放電量為5pC的局部放電現(xiàn)象。

3.1.2電暈電平產(chǎn)生原理

絕緣體中只有局部區(qū)域發(fā)生放電，而沒(méi)有貫穿施加電壓的導(dǎo)體之間，這種現(xiàn)象稱為局部放電。圖 1所示為射頻同軸連接器及其電纜組件(以下簡(jiǎn)稱連接器)的結(jié)構(gòu)示意圖。在連接器的絕緣系統(tǒng)中，由于不同絕緣材料的電場(chǎng)強(qiáng)度不同，擊穿場(chǎng)強(qiáng)也不相同。這就可能導(dǎo)致連接器將在某個(gè)部位發(fā)生局部放電。對(duì)于連接器而言，其絕緣子與中心接觸件之間、電纜與外導(dǎo)體接點(diǎn)處等均不可避免地會(huì)出現(xiàn)氣隙。在電場(chǎng)作用下，氣隙常承受比固體介質(zhì)高的場(chǎng)強(qiáng)，而空氣的擊穿強(qiáng)度又低于固體介質(zhì)。因此，當(dāng)外加電壓升高到一定值時(shí)就造成了空氣的擊穿，產(chǎn)生了局部放電。另外，在絕緣子的制造和使用過(guò)程中，會(huì)因絕緣子的老化而產(chǎn)生氣泡、裂紋或其他雜質(zhì)。這些部位的場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)了該處絕緣子的電離場(chǎng)強(qiáng)，該處物質(zhì)就將產(chǎn)生電離放電，即局部放電。除了介質(zhì)不均勻或有缺陷造成的電場(chǎng)集中之外，連接器外導(dǎo)體表面的毛刺、導(dǎo)體尖端、在外導(dǎo)體附近的電場(chǎng)集中或者是有連接點(diǎn)接觸不好，也會(huì)造成局部放電。

圖1　射頻同軸連接器及其電纜組件的結(jié)構(gòu)示意圖

3.1.3電暈電平測(cè)試步驟及原理圖

電暈電平測(cè)試系統(tǒng)由低氣壓箱、耐壓測(cè)試儀、示波器和自制的放大器組成。試驗(yàn)前，按圖2所示的方式將示波器、連接器、放大器和耐壓儀連接好。放大器上有三組端口，每組端口都標(biāo)有“+”、“-”極，分別對(duì)接示波器、連接器和 耐壓儀的“+”、“-”極。將連接器放入低氣壓箱， 其中心接觸件接“+”極引線，外導(dǎo)體接“-”極引線，兩引線引出箱外后接至放大器上對(duì)應(yīng)的連接器端口處。待箱中氣壓降至規(guī)定值后，通過(guò)耐壓測(cè)試儀，將50Hz的交流試驗(yàn)電壓緩慢增加到連接器上直至示波器上的電壓波形出現(xiàn)持續(xù)的高頻衰減振蕩波形。這表明連接器已發(fā)生放電量為5pC的局部放電，然后再將試驗(yàn)電壓緩慢回調(diào)，直至示波器上的電壓波形恢復(fù)為初始的一條直線狀態(tài)。這個(gè)最后的電壓值就是該連接器的電暈電平。

圖2　電暈電平測(cè)試原理框圖

在實(shí)際工作中，我們需要一套電暈電平測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)的試驗(yàn)原理如圖3所示。連接器C 發(fā)生局部放電時(shí)，電極間的電壓突然產(chǎn)生一變化量 (即電壓脈沖)△u，極板上的電荷突然也產(chǎn)生一變化量(即視在放電電荷量)△q，從而在回路中產(chǎn)生一脈沖電流作用到檢測(cè)用阻抗Z 上，在Z上產(chǎn)生一個(gè)脈沖電壓U。通過(guò)放大器A，U信號(hào)被放大送到終端指示儀M中去，根據(jù)U可推算出局部放電的電荷量。 電暈電平測(cè)試系統(tǒng)的終端指示儀M為一臺(tái)示波器，測(cè)量阻抗Zm合電容C 以及信號(hào)放大器A組成了一放大器。放大器的靈敏度調(diào)整為當(dāng)被試品的視在放電量為5pC時(shí)，示波器的電壓波形出現(xiàn)高頻衰減振蕩，如圖4所示。這表明連接器已出現(xiàn)了持續(xù)的電暈放電現(xiàn)象。

圖3　電暈電平系統(tǒng)的試驗(yàn)原理

圖4　示波器的電壓波形圖

3.1.4電暈電平試驗(yàn)總結(jié)

按國(guó)軍標(biāo)GJB681A的要求，連接器在進(jìn)行電暈電平測(cè)試時(shí)要在規(guī)定的海拔高度下進(jìn)行，并且在試驗(yàn)之前要經(jīng)受高頻振動(dòng)、機(jī)械沖擊、溫度沖擊和耐濕等一系列機(jī)械應(yīng)力、環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)的考驗(yàn)。通過(guò)大量的試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)，在一定的海拔高度下(低氣壓條件下)，連接器更易發(fā)生起暈現(xiàn)象；機(jī)械應(yīng)力和形變對(duì)連接器的電暈電平影響不大；潮濕會(huì)使連接器的電暈電平有一定程度的下降。

3.2　宇航級(jí)射頻同軸連接器電纜組件的耐射頻功率

2.2.1宇航級(jí)射頻同軸連接器電纜組件的功率參數(shù)定義

射頻同軸連接器電纜組件的功率參數(shù)主要有：耐射頻功率、額定功率和額定功率下的射頻插入損耗,以下是三者的定義：

(1)耐射頻功率:射頻同軸連接器電纜組件端接與其特性阻抗一致的負(fù)載時(shí)在一定環(huán)境溫度下某頻段范圍內(nèi)能承受的不造成該組件各項(xiàng)電性能損壞的最大平均功率(或峰值功率)或在一定環(huán)境溫度下某頻段范圍內(nèi)能承受的最大平均功率(或峰值功率),在此功率下連續(xù)工作一定時(shí)間(表面溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí))后組件表面溫度不超過(guò)規(guī)定的要求。

(2)額定功率:射頻同軸連接器電纜組件端接與其特性阻抗一致的負(fù)載時(shí)在一定環(huán)境溫度下某頻段范圍內(nèi)允許連續(xù)傳輸?shù)牟怀^(guò)峰值工作電壓和最高介質(zhì)溫度的輸入功率。

(3)額定功率下的射頻插入損耗:射頻同軸連接器電纜組件在承受額定功率時(shí)的最大插入損耗。耐功率與額定功率測(cè)試方法基本一樣,某些時(shí)候兩者一致。額定功率測(cè)試為非破壞性試驗(yàn),而耐功率測(cè)試有可能是破壞性試驗(yàn),在測(cè)試時(shí)要特別加以注意,否則會(huì)造成測(cè)試系統(tǒng)的損壞。

3.2.2耐射頻功率測(cè)試系統(tǒng)原理

大功率(KW級(jí))參數(shù)的測(cè)試一般不能直接用功率計(jì)測(cè)量,而是將大功率信號(hào)衰減到一定功率后間接進(jìn)行測(cè)量。間接法大功率測(cè)試系統(tǒng)主要由功率計(jì)(含功率傳感器)、功率源(一般由信號(hào)源和功率放大器組成)、大功率匹配負(fù)載、大功率定向耦合器(含大功率固定衰減器)以及大功率可調(diào)衰減器等組成,圖5所示為一典型測(cè)試框圖。

圖5　耐射頻功率測(cè)試系統(tǒng)

從圖5中可以看出測(cè)試系統(tǒng)主要由三大部分組成:功率測(cè)試部分(功率計(jì)、功率傳感器)、信號(hào)源部分(信號(hào)源、放大器、可調(diào)衰減器)和輔助器件部分(定向耦合器、匹配負(fù)載、固定衰減器、溫度測(cè)量?jī)x等)，圖中，X為被測(cè)樣品。決定測(cè)試精度的關(guān)鍵是功率計(jì)和功率傳感器。功率計(jì)種類較多,適合本文所述測(cè)試系統(tǒng)的功率計(jì)必須是傳輸TEM波的同軸功率計(jì),它能夠測(cè)量連續(xù)波和脈沖波的平均值、脈沖峰值功率,目前功能先進(jìn)、技術(shù)成熟、易與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信的電子式功率計(jì)應(yīng)是我們的首選。選擇功率傳感器主要考慮精度、靈敏度、頻率范圍、波型等參數(shù)。信號(hào)源部分主要考慮能功率連續(xù)可調(diào)、信號(hào)方式覆蓋范圍廣、波形失真小等。輔助器件除必要之外盡量少使用,否則會(huì)影響測(cè)試準(zhǔn)確度。定向耦合器是優(yōu)選的必用器件,其作用是將傳輸信號(hào)功率在衰減很少的情況下耦合出一個(gè)弱功率信號(hào)供測(cè)量用,且耦合度穩(wěn)定可靠;匹配負(fù)載也是必用之器件,其主要作用是消耗吸收功率；固定衰減器的使用能夠擴(kuò)大功率測(cè)試范圍,但要慎用,因?yàn)槊吭黾右粋€(gè)環(huán)節(jié)就會(huì)帶來(lái)一定誤差。

3.2.3耐射頻功率測(cè)試注意事項(xiàng)

(1)功率傳感器與功率計(jì)在測(cè)量前進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)是以1mW的標(biāo)準(zhǔn)參考功率進(jìn)行校準(zhǔn)的,因此選擇定向耦合器時(shí)通過(guò)計(jì)算選擇合適的耦合度以使耦合端的絕對(duì)功率在1mW附近,可以減少一定的誤差。

(2)微波大功率測(cè)試具有一定的特殊性,考慮到人身安全以及系統(tǒng)的安全性,測(cè)試中必須注意以下事項(xiàng):①在施加大功率之前要仔細(xì)認(rèn)真檢查系統(tǒng)所選器件是否符合頻段和功率的要求,整個(gè)系統(tǒng)是否形成閉環(huán),切不可讓大功率信號(hào)直接輻射至空中,這樣對(duì)測(cè)試人員身體會(huì)造成極大傷害，為了確保萬(wàn)無(wú)一失，可以把樣品放在屏蔽輻射的小暗室里。②盡可能在系統(tǒng)中先串入大功率大衰減可調(diào)衰減器,并先將其設(shè)置到衰減最大值,加入大功率后再逐漸調(diào)整衰減值,以確保測(cè)試系統(tǒng)的安全。

3.3　宇航級(jí)射頻同軸連接器耐射頻高電位電壓

3.3.1耐射頻高電位電壓的定義

射頻同軸連接器耐射頻高電位電壓是指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)其絕緣部位承受射頻電壓的能力。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于射頻同軸連接器耐射頻高電位電壓的定義是:"為了得到耐射頻高電位電壓參數(shù)，在一個(gè)元件的中心接觸件與殼體之間，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，加上規(guī)定頻率(5 MHz左右)的射頻電壓，就可測(cè)出一種元件在規(guī)定的射頻電壓下，安全工作和耐受瞬時(shí)電壓的能力。射頻連接器在射頻高電位下發(fā)生擊穿實(shí)際上是其內(nèi)部絕緣體的擊穿；射頻連接器內(nèi)外導(dǎo)體之間的絕緣介質(zhì)通常是固體絕緣子和空氣的組合,所以它在射頻高電位下發(fā)生擊穿是復(fù)合介質(zhì)的擊穿。

3.3.2耐射頻高電位電壓測(cè)試系統(tǒng)原理

國(guó)軍標(biāo)GJB681A對(duì)射頻高電位耐壓試驗(yàn)作了一些具體規(guī)定,它規(guī)定試驗(yàn)頻率為5MHz-7MHz ,在這個(gè)頻率范圍內(nèi),任意一個(gè)固定頻率都可以作為試驗(yàn)頻率。它還規(guī)定輸出信號(hào)的、大功率定向耦合器(含大功率固定衰減器)以及大功率可調(diào)衰減器等組成,圖6所示為一典型測(cè)試框圖。

圖6　緣體內(nèi)氣隙放電時(shí)的等效電路

圖8所示為絕緣體內(nèi)氣隙放電時(shí)的等效電路中, Cg為空氣隙電容；Cb為與空氣隙串聯(lián)的介的電容； Cm為除Cg,Cb以外的絕緣完好部分的電容。一般Cm ≥ Cg ≥Cb。電容Cg由于在較低電Ug時(shí)就開(kāi)始放電，故電極間的全部電容為: 電極間加上瞬時(shí)電壓Ut時(shí)，則Cg上的電壓的瞬時(shí)值為公式(1):

(1)

當(dāng)Ug隨Ut的增加達(dá)到其放電電壓時(shí)，氣隙內(nèi)產(chǎn)生火花放電，放電后Cg上電壓下降，放電熄滅，同時(shí)Cb通過(guò)Cg被充電，但由于外加電壓Ut認(rèn)為一穩(wěn)定交流電壓，Cg上的電壓又充到Ug，便又開(kāi)始第二次放電，就這樣Cg被反復(fù)充、放電，使得絕緣體的損傷逐步擴(kuò)大，從而使整個(gè)絕緣體擊穿。

3.3.3提高介質(zhì)耐射頻高電位電壓能力的措施

射頻連接器在射頻高電位下發(fā)生擊穿，實(shí)際上是其內(nèi)部絕緣體的擊穿，多為氣體沿面擊穿和缺陷(如氣隙、雜質(zhì)以及厚薄分布的不均勻等)擊穿。因此，為提高介質(zhì)耐射頻高電位電壓能力，根據(jù)電擊穿理論，應(yīng)改進(jìn)電極形狀，以改善電場(chǎng)分布，提高間隙的擊穿電壓。同時(shí)，電極表面應(yīng)避免毛刺、棱角等，以消除電場(chǎng)局部增強(qiáng)的現(xiàn)象。因此，在實(shí)際中應(yīng)做到：(1)在設(shè)計(jì)與制造連接器時(shí)，應(yīng)提高內(nèi)、外導(dǎo)體的表面質(zhì)量，選用質(zhì)量較高、均勻、致密的絕緣材料，以消除由于絕緣材料缺陷而造成的擊穿；(2)改善固體絕緣子的表面條件，避免表面油污、吸濕、灰塵等，延長(zhǎng)沿面電極間的距離，以提高沿面擊穿電壓。

4　結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)作者在連接器產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室的工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出宇航級(jí)電連接器射頻性能測(cè)試技術(shù)。目前我國(guó)還沒(méi)有制定專門(mén)的宇航級(jí)電連接器標(biāo)準(zhǔn)，基本上都是按國(guó)軍標(biāo)生產(chǎn)驗(yàn)收。即使少數(shù)國(guó)軍標(biāo)(如GJB599)中提到宇航級(jí)電連接器類型和要求，也沒(méi)有規(guī)定宇航級(jí)電連接器應(yīng)具有的全部性能(如輻射、耐射頻功率等)。若按這些標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)驗(yàn)收電連接器用于航天系統(tǒng)關(guān)鍵部位，無(wú)疑會(huì)降低宇航系統(tǒng)整體可靠性，這就需要進(jìn)行大量的射頻性能試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證宇航級(jí)電連接器的工藝和質(zhì)量水平。但因各單位考核方法不一樣，使得我國(guó)宇航用電連接器質(zhì)量水平不一，限制了研制、生產(chǎn)和使用；因此在后續(xù)的工作中，急需對(duì)宇航級(jí)電連接器射頻性能試驗(yàn)及材料選用進(jìn)行深入分析研究。

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