射頻同軸連接器作為無(wú)源器件的一個(gè)重要組成部分，具有良好的寬帶傳輸特性及多種方便的連接方式，因而被廣泛應(yīng)用于測(cè)試儀器、武器系統(tǒng)、通訊設(shè)備等產(chǎn)品當(dāng)中。由于射頻同軸連接器的應(yīng)用幾乎滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門，其可靠性也越來(lái)越引起人們的關(guān)心和重視。本文針對(duì)射頻同軸連接器失效模式進(jìn)行了分析，并 就如何提高其可靠性進(jìn)行了討論。

　　射頻同軸連接器的品種雖然很多，但無(wú)論是螺紋連接型如：N型、SMA、3.5mm，卡口連接型如：BNC、 C，還是推入連接型如：SMB、SSMB、MCX其連接原理大體相同。下面以N型連接器為例，就其失效形式及提高可靠性的方法展開(kāi)分析。圖0-1是N型連 接器的結(jié)構(gòu)示意圖。

　　N 型連接器對(duì)連接好后，連接器對(duì)的外導(dǎo)體接觸面（電氣和機(jī)械基準(zhǔn)面）依靠螺紋的拉力相互頂緊，從而實(shí)現(xiàn)較小的接觸電阻（＜5mΩ）。插針內(nèi)導(dǎo)體的插針部分插 入插孔內(nèi)導(dǎo)體的孔內(nèi)，并通過(guò)插孔壁的彈性保持兩個(gè)內(nèi)導(dǎo)體在插孔內(nèi)導(dǎo)體的口部良好的電接觸（接觸電阻《3mΩ）。此時(shí)插針內(nèi)導(dǎo)體的臺(tái)階面與插孔內(nèi)導(dǎo)體 端面并未頂緊，而是留有《0.1mm的間隙，這個(gè)間隙對(duì)同軸連接器的電氣性能和可靠性有重要影響。N型連接器對(duì)的理想連接狀態(tài)可歸納為以下幾點(diǎn)：外 導(dǎo)體的良好接觸、內(nèi)導(dǎo)體的良好接觸、介質(zhì)支撐對(duì)內(nèi)導(dǎo)體的良好支撐、螺紋拉力的正確傳遞。以上連接狀態(tài)一旦發(fā)生改變將導(dǎo)致連接器的失效。下面我們就從這幾個(gè) 要點(diǎn)入手，對(duì)連接器的失效原理進(jìn)行分析，從而找到提高連接器可靠性的正確途徑。

　　1、外導(dǎo)體的不良接觸導(dǎo)致的失效

　　為 保證電氣和機(jī)械結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，外導(dǎo)體接觸面之間的力一般都很大。以N型連接器為例，當(dāng)螺套的擰緊力矩Mt為標(biāo)準(zhǔn)的135N.cm時(shí)，由公式 Mt=KP0×10-3N.m（K為擰緊力矩系數(shù)，此處取K=0.12），可以計(jì)算出外導(dǎo)體受到的軸向壓力P0可達(dá)712N，如果外導(dǎo)體的強(qiáng)度較差，就有 可能造成外導(dǎo)體連接端面磨損嚴(yán)重甚至變形潰縮。例如SMA連接器陽(yáng)頭外導(dǎo)體連接端面的壁厚較薄，僅0.25mm，所用材料多為黃銅，強(qiáng)度較弱，連接力矩稍 大，連接端面就可能被過(guò)度擠壓產(chǎn)生變形，損壞內(nèi)導(dǎo)體或介質(zhì)支撐；且連接器外導(dǎo)體的表面通常都有鍍層，較大的接觸力會(huì)破壞掉連接端面的鍍層，導(dǎo)致外導(dǎo)體之間 的接觸電阻增大，連接器電氣性能下降。另外如果射頻同軸連接器的使用環(huán)境比較惡劣，一段時(shí)間后，外導(dǎo)體的連接端面上就會(huì)沉積一層灰塵，這層灰塵使外導(dǎo)體之 間的接觸電阻激增，連接器的插入損耗變大，電氣性能指標(biāo)下降。

　　改進(jìn)措施：要避免連接端面變形或過(guò)度磨損導(dǎo)致外導(dǎo)體不良接觸，一方面我們可以 選用強(qiáng)度更高的材料來(lái)加工外導(dǎo)體，如青銅或不銹鋼；另一方面也可以加大外導(dǎo)體連接端面的壁厚，以增加接觸面積，這樣在施加同樣連接力矩的情況下，外導(dǎo)體連 接端面單位面積上的壓力就會(huì)減小。如一種改進(jìn)型的SMA同軸連接器（美國(guó)SOUTHWEST公司的SuperSMA），其介質(zhì)支撐的外徑由普通SMA的 Φ4.1mm減小為Φ3.9mm，外導(dǎo)體連接面的壁厚相應(yīng)增大為0.35mm，機(jī)械強(qiáng)度提高，從而增強(qiáng)了連接的可靠性。在存放和使用連接器時(shí)要保持外導(dǎo)體 連接端面的清潔，如上面有灰塵，可用酒精棉球擦洗干凈。需要注意的是擦洗時(shí)應(yīng)避免酒精浸到介質(zhì)支撐上，且要等酒精揮發(fā)完畢后才能使用連接器，否則會(huì)因?yàn)榫?精的混入，引起連接器的阻抗改變。

　　2、內(nèi)導(dǎo)體的不良接觸導(dǎo)致的失效

　　相對(duì)于外導(dǎo)體，尺寸較小，強(qiáng)度較差的內(nèi)導(dǎo)體更容易造成接觸不良而導(dǎo)致連接器失效。

　　內(nèi)導(dǎo)體之間多采用彈性連接方式，如插孔開(kāi)槽式彈性連接、彈簧爪式彈性連接，波紋管式彈性連接等。其中插孔開(kāi)槽式彈性連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工成本低廉，裝配方便，應(yīng)用范圍最為廣泛。因而本文也將以此為例進(jìn)行分析。

　　2.1、內(nèi)導(dǎo)體固定不牢

　　為了裝配需要，在很多同軸連接器（如N型，3.5mm）中常采用圖2-1所示的結(jié)構(gòu)：內(nèi)導(dǎo)體被在介質(zhì)支撐處分為兩截，然后用螺紋連接起來(lái)。

　　但 是由于內(nèi)導(dǎo)體直徑較小，裝配時(shí)若不在螺紋連接處涂膠加以固定，那么內(nèi)導(dǎo)體連接強(qiáng)度是很差的，尤其是一些小型射頻同軸連接器，如1.85mm同軸連接器內(nèi)導(dǎo) 體的直徑僅為Φ0.804mm，其強(qiáng)度可想而知。因此，當(dāng)連接器在多次連接、斷開(kāi)，在扭力和拉力長(zhǎng)期作用下，內(nèi)導(dǎo)體螺紋可能就會(huì)松動(dòng)、脫落，致使連接失 效。

　　圖 2-2也是同軸連接器常用的結(jié)構(gòu)之一（如SMA）：內(nèi)導(dǎo)體、介質(zhì)支撐以及外導(dǎo)體依靠膠粘劑固定在一起。這種結(jié)構(gòu)如果在裝配時(shí)涂膠量不夠或膠的連接強(qiáng)度不 夠，那么在使用過(guò)程中，涂膠處因受力可能發(fā)生斷裂，就會(huì)造成內(nèi)導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)或者軸向竄動(dòng)，內(nèi)導(dǎo)體之間不能形成良好的電接觸，連接失效。 改進(jìn)措施：對(duì)于圖2-2結(jié)構(gòu)的同軸連接器裝配時(shí)可在螺紋連接處涂適量的導(dǎo)電膠或螺紋鎖固劑以增加螺紋連接的可靠性。而對(duì)于圖2-3結(jié)構(gòu)，要選用粘結(jié)強(qiáng)度較 高的膠粘劑，且涂膠時(shí)一定要保證膠充滿整個(gè)涂膠孔；在內(nèi)導(dǎo)體涂膠處滾花，增加內(nèi)導(dǎo)體與膠粘劑的接觸面積，防止內(nèi)導(dǎo)體轉(zhuǎn)動(dòng)；適當(dāng)調(diào)整內(nèi)導(dǎo)體、外導(dǎo)體、介質(zhì)支 撐的徑向尺寸及公差，使內(nèi)導(dǎo)體與介質(zhì)支撐、介質(zhì)支撐與外導(dǎo)體之間的配合為過(guò)盈配合，也可使三者裝配在一起更加牢固。

　　2.2、內(nèi)導(dǎo)體的插孔尺寸或插針尺寸不正確

　　如 果插孔內(nèi)導(dǎo)體孔徑小于規(guī)定尺寸，那么當(dāng)插針內(nèi)導(dǎo)體的插針進(jìn)入插孔時(shí)就會(huì)使得插孔過(guò)度擴(kuò)張，形變量超出其彈性形變范圍，產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致插孔內(nèi)導(dǎo)體損壞； 相反，如果插針直徑過(guò)小，當(dāng)插針和插孔配合時(shí)，插針與插孔壁之間的間隙過(guò)大，兩內(nèi)導(dǎo)體不能緊密接觸，接觸電阻變大，連接器的電氣性能指標(biāo)會(huì)很差。

　　改 進(jìn)措施：插孔和插針的配合是否合理，我們可以利用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)插針和插孔內(nèi)導(dǎo)體配合時(shí)的插入力和保持力的大小來(lái)進(jìn)行衡量。如對(duì)于N型連接器，直徑 Φ1.6760+0.005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)插針與插孔配合時(shí)的插入力應(yīng)≤9N，而直徑Φ1.6000-0.005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)插針和插孔內(nèi)導(dǎo)體配合時(shí)的保持力 ≥0.56N。因此我們可以以插入力和保持力作為一個(gè)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)調(diào)整插孔和插針的尺寸和公差，以及插孔內(nèi)導(dǎo)體的時(shí)效處理工藝，使插針與插孔之間的插入 力和保持力處于一個(gè)合適的范圍。

　　2.3、插孔內(nèi)導(dǎo)體彈性差

　　造成插孔內(nèi)導(dǎo)體彈性差的原因主要有兩個(gè)方面，一是插孔內(nèi)導(dǎo)體開(kāi)槽部分設(shè)計(jì)或加工不合理，二是插孔內(nèi)導(dǎo)體時(shí)效處理不當(dāng)。

　　2.3.1 插孔內(nèi)導(dǎo)體開(kāi)槽部分設(shè)計(jì)或加工不合理

　　除了材料本身的彈性，插孔部分的開(kāi)槽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和加工也是影響插孔內(nèi)導(dǎo)體彈性的一個(gè)重要原因。

　　（1） 開(kāi)槽長(zhǎng)度：如果開(kāi)槽長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，插針內(nèi)導(dǎo)體與插孔內(nèi)導(dǎo)體配合時(shí)二者之間的接觸力變小，就可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)導(dǎo)體之間接觸不良；開(kāi)槽長(zhǎng)度過(guò)短，插針與插孔之間的接觸 力和插入力太大，造成內(nèi)導(dǎo)體磨損加劇，甚至導(dǎo)致內(nèi)導(dǎo)體或介質(zhì)支撐變形或損壞，且插孔部分的疲勞強(qiáng)度降低，連接器的壽命也會(huì)縮短。

　?。?）開(kāi)槽寬度：適當(dāng)增加開(kāi)槽的寬度可以增大插孔和插針之間的接觸力，但隨著槽寬的增加，在圓周上插孔與插針的接觸面積減少，加劇了傳輸線的不連續(xù)性，影響電氣性能。

　?。?）開(kāi)槽個(gè)數(shù)：開(kāi)槽個(gè)數(shù)越多，單瓣插孔壁上的分?jǐn)偟牧υ叫。苡行У臏p輕插孔和插針配合時(shí)對(duì)內(nèi)導(dǎo)體表面的磨損，但同樣也會(huì)減少插孔與插針的接觸面積，加劇傳輸線的不連續(xù)性。

　?。?）如果插孔內(nèi)壁留有加工槽時(shí)產(chǎn)生的毛刺，會(huì)導(dǎo)致連接時(shí)插孔內(nèi)壁不能完全和插針良好接觸。改進(jìn)措施：合理設(shè)計(jì)插孔內(nèi)導(dǎo)體開(kāi)槽長(zhǎng)度、開(kāi)槽寬度以及開(kāi)槽個(gè)數(shù)；而在加工插孔上的槽時(shí)要將插孔內(nèi)的毛刺清除干凈。

　　2.3.2 插孔內(nèi)導(dǎo)體時(shí)效處理不當(dāng)

　　如果插孔內(nèi)導(dǎo)體在進(jìn)行時(shí)效強(qiáng)化處理時(shí)沒(méi)能很好的控制溫度區(qū)間或時(shí)效時(shí)間，致使其硬度達(dá)不到設(shè)計(jì)值，在多次插拔后收口逐漸松弛，接觸壓力明顯下降，從而導(dǎo)致接觸不良。

　　改進(jìn)措施：根據(jù)材料本身的特性結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，制定出合理的時(shí)效處理工藝，生產(chǎn)時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行按工藝進(jìn)行操作。

　　2.4、內(nèi)導(dǎo)體表面鍍層脫落或磨損造成接觸不良

　　為 保證傳輸信號(hào)質(zhì)量，一般內(nèi)導(dǎo)體表面都有金鍍層。如果鍍層結(jié)合力不良，在多次的插拔之后，內(nèi)導(dǎo)體表面的鍍層會(huì)產(chǎn)生起泡、甚至剝落，造成連接時(shí)插孔和插針內(nèi)導(dǎo) 體接觸不良，連接器的電氣性能指標(biāo)變差。而反復(fù)的插拔也會(huì)導(dǎo)致鍍層磨損，表面質(zhì)量下降。由于信號(hào)傳輸時(shí)的肌膚效應(yīng)，連接器傳輸信號(hào)的頻率越高，內(nèi)導(dǎo)體表面 鍍層對(duì)電氣性能的影響就越大。

　　改進(jìn)措施：控制鍍層質(zhì)量，保證鍍層與基體的結(jié)合力；鍍硬金合金以提高其耐磨性。 2.5、內(nèi)導(dǎo)體各部分結(jié)構(gòu)的同軸度超差造成接觸不良

　　內(nèi) 導(dǎo)體屬于典型的細(xì)長(zhǎng)軸類零件，由于刀具的切削力、材料的不均勻性以及加工設(shè)備的精度等原因，加工時(shí)內(nèi)導(dǎo)體會(huì)不可避免的產(chǎn)生變形，從而造成插針內(nèi)導(dǎo)體插針部 分與內(nèi)導(dǎo)體外圓不同軸，或者插孔內(nèi)導(dǎo)體的插孔與其外圓不同軸。如果內(nèi)導(dǎo)體的各部分結(jié)構(gòu)的不同軸，那么在連接時(shí)插孔內(nèi)導(dǎo)體與插針內(nèi)導(dǎo)體之間就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)徑向 的擠壓力，若擠壓力過(guò)大會(huì)導(dǎo)致內(nèi)導(dǎo)體或介質(zhì)支撐變形，甚至插孔壁斷裂。

　　改進(jìn)措施：加工時(shí)合理選擇切削量，或使用精度相對(duì)更高一些的設(shè)備（如縱切車床）以保證內(nèi)導(dǎo)體合適的同軸度。

　　3、介質(zhì)支撐不能良好的支撐內(nèi)導(dǎo)體導(dǎo)致的失效

　　介質(zhì)支撐作為同軸連接器的一個(gè)組成部分，起著支撐內(nèi)導(dǎo)體、保證內(nèi)外導(dǎo)體之間的相對(duì)位置關(guān)系等重要作用。其材料的機(jī)械強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)、介電常數(shù)、損耗因數(shù)、 吸水率等特性對(duì)連接器的性能都有著重要的影響。足夠的機(jī)械強(qiáng)度是對(duì)介質(zhì)支撐最基本的要求，在連接器的使用過(guò)程中介質(zhì)支撐要承擔(dān)來(lái)自內(nèi)導(dǎo)體軸向的壓力，如果 介質(zhì)支撐的機(jī)械強(qiáng)度太差，在互連時(shí)就會(huì)產(chǎn)生變形甚至損傷；而如果材料的熱膨脹系數(shù)過(guò)大，當(dāng)溫度變化程度較大時(shí)，介質(zhì)支撐就可能會(huì)過(guò)度膨脹或收縮變形，造成 內(nèi)導(dǎo)體松動(dòng)、脫落，或與外導(dǎo)體不同軸，同時(shí)還會(huì)引起連接器端口尺寸的改變。而吸水率、介電常數(shù)、損耗因數(shù)則影響連接器的插入損耗、反射系數(shù)等電氣性能。

　　改進(jìn)措施：根據(jù)連接器的使用環(huán)境、工作頻率范圍等結(jié)合材料的特性，選擇合適的材料來(lái)加工介質(zhì)支撐。

　　4、螺紋拉力不能傳遞到外導(dǎo)體導(dǎo)致的失效

　　這種失效最常見(jiàn)的表現(xiàn)形式是螺套脫落，導(dǎo)致螺套脫落的原因主要為：螺套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或加工不合理以及卡環(huán)彈性差。

　　4.1、螺套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或加工不合理

　　4.1.1 螺套卡環(huán)槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或加工不合理

　?。?）卡環(huán)槽槽深太深或太淺；

　?。?）槽底部不清角；

　　（3）倒角過(guò)大。

　　4.1.2 螺套卡環(huán)槽軸向或徑向壁厚太薄

　　4.2、卡環(huán)彈性差

　　4.2.1卡環(huán)徑向厚度設(shè)計(jì)不合理

　　4.2.2卡環(huán)時(shí)效強(qiáng)化不合理

　　4.2.3卡環(huán)選材不當(dāng)

　　4.2.4卡環(huán)外圓倒角過(guò)大由于這種失效形式在很多文章中都有詳細(xì)闡述，這里不再進(jìn)行展開(kāi)分析。

　　5、結(jié)束語(yǔ)

　　限于篇幅，本文僅以N型同軸連接器為例，對(duì)應(yīng)用范圍較為廣泛的螺紋連接型射頻同軸連接器的幾種失效模式進(jìn)行了分析。不同連接方式也會(huì)導(dǎo)致不同失效形式，只有深入分析每種失效模式所對(duì)應(yīng)的機(jī)理，才有可能找到提高其可靠性的改進(jìn)方法，進(jìn)而促進(jìn)射頻同軸連接器的發(fā)展。