国防系统中超高频连接器的注意事项
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在使用微波同轴电缆和连接器的数百种不同环境中，国防系统的要求可能是最苛刻的。因为处理它们的人通常不知道它们不是“电线”，从技术上将，它们是精密的零件。毕竟，这些人是战士，而不是微波工程师。因此，它们会被重型车辆撞倒，会被用来拉动设备，并暴露于化学物质、燃料，盐水和许多其他危险中。 老化和各种环境因素是造成电缆和连接器故障的主要原因，但是可以说，大多数损坏是由使用它们的人造成的。因此，根据一项评估，大约75%的微波电缆组件需要经常更换，每年大约35%的组件需要更换一次，而20%的组件每年至少需要更换两次。 在消费世界中，电缆和连接器是廉价、便宜的商品。但是，在国防、航空航天和其他关键任务应用中却不是这种情况，在这些应用中，更换不仅成本高昂且极其昂贵，而且往往是生死攸关的问题。因此，数十年来，电缆和连接器行业一直在发布文档、文章、视频和其他信息材料，以期教育客户有关其产品“保养”的知识。 多年来，电缆和连接器制造商在加固这些组件方面取得了长足的进步，从分层电缆到不穿有害物质的护套到使连接器尽可能坚固以承受反复的连接和重新连接。电气、电磁和机械工程都是非凡的壮举。 它们还必须具有尽可能低的插入损耗和VSWR，高相位和幅度稳定性，在宽温度范围内保持其性能，对外部信号的高抵抗力的能力以及其他功能。但是，它们的最新挑战可能是有史以来最艰巨的挑战之一：将这种坚固性，扩展到设计成在毫米波范围内可以良好运行的电缆和连接器，并将其应用于战场防御系统中。 多年来，随着工作频率的不断提高，这并不是业界第一次遇到这种情况，而且随着5G的到来，甚至商用无线系统也可能会在60 GHz甚至更高的频率下工作。设计用于60 GHz的柔性电缆和连接器已经面世了多年，但在100 GHz或更高的频率下，不仅制造起来困难且昂贵，要确保它们在国防环境中保持最佳性能还面临着全新的挑战。 从替补席到战场 对于射频和微波测试设备的制造商而言，制定产品路线图需要一部分市场分析和一份透视。前者仅在某种程度上有用，因为提前半个世纪左右准确地确定需要什么是极其困难的。制造商开发仪器并准备好将客户的设备投入生产，它们也需要花费不少时间。 除了必须提供的仪器本身之外，还包括校准套件和精密无源组件，包括耦合器、连接器、适配器和电缆。在最高的测量频率下，这些价格并不便宜，也不是天生的“坚固”，因此在便携式和飞行路线测量场景中使用时会出现问题。由于必须小心处理SMA、TNC和其他较大的连接器，所以1mm甚至更小的连接器成为了全新的趋势。N型连接器的中心导体为3.04 mm;8mm连接器为0.347mm。用于更高频率(例如0.6mm和0.4mm)的连接器的中心导体直径分别为0.26mm和0.174mm(图1)。
图1：连接器中的磁珠尺寸，从右侧的K连接器到左侧的连接器，旨在以数百GHz的频率运行。磁珠是支撑中心导体的电介质。 因此，连接器的开发与新仪器的预期需求长期保持一致，这并不奇怪，新仪器涵盖了更高的频率，这在很大程度上由仪器公司自身驱动。从Keysight Technologies(前身是Agilent Technologies)、Anritsu到Rohde*Schwarz，都是连接器开发中最活跃的公司，他们的技术在连接器开发方面做出了许多贡献。 空中挑战 对于电缆和连接器制造商来说，空中环境可能是最苛刻的要求，因为它们必须满足针对该环境的一长串要求，因为它们对于确保飞行员和飞机的安全至关重要。从基本的同轴电缆结构开始，并增加层数以保持电缆的阻抗，在军事和航空航天环境中保护电缆更加困难。在非常宽的温度范围内保持温度稳定性是另一个关键要求。其他保护措施包括防潮层以及不同类型的护套和耐磨性。 另一个问题是，测试电缆和连接器的端到端连续性和其他参数所需的仪器并非总是在需要的地方可用。即使是这样，这些系统也可能非常复杂，需要具有技术知识的人员才能操作它们。此外，较大的飞行路线测试系统价格昂贵，因此无法将其部署在武装部队需要的任何地方，因此需要时间来教人们如何使用它们。为简单起见，可以将测试设备简化为创建“红灯/绿灯”结果，以识别问题，甚至确定问题所在的位置，并可能了解导致问题的原因。例如，请考虑以下假设情况。 如前所述，飞机是复杂而苛刻的平台，整个机身都装有大量设备(图2)。因此，要假设战斗机中的EW、ECM或通信系统的性能会下降。解决此问题的方法之一是取出LRU并更换它们(如果有备用件)。如果这种方法不起作用，并且天线也没有损坏，那么剩下的问题就在很长的电缆及其随附的连接器。
图2：这绝对不是一个有利于查找和维修或更换出现故障的连接器或电缆的环境。 |
