Pflege von RF-Steckverbindern mit NI-Testgeräten

Halten Sie sich vor der Verwendung der Geräte an die folgenden Verfahren, um die Lebensdauer der Steckverbinder und Testgeräte zu erhöhen.

• Bewahren Sie Staubschutzabdeckungen auf und bringen Sie sie an den entsprechenden Steckverbindern an, wenn das Testgerät nicht verwendet wird. Produkte mit Koaxialsteckern werden mit Staubschutzabdeckungen geliefert, um Verunreinigungen an Verbindungen zu verhindern.
• Lagern Sie Koaxialstecker in einem ESD-geschützten Behälter. Adapter und Kabel sind zwar nicht ESD-empfindlich, können jedoch Ladungen entwickeln, die auf Testgeräte übertragen werden können. Durch die Verwendung eines ESD-Safes wird die Möglichkeit der Ladungsübertragung verringert. Auch die Menge an Nicht-ESD-Material in der Nähe der Ausrüstung wird reduziert.

Die erste Stufe einer guten Hochfrequenzmessung umfasst einen Frontpanel-Anschluss des Geräts und die damit verbundenen Verbindungen. Oft verwenden Sie die am besten zugänglichen Kabel und Steckverbinder, um Verbindungen zu Geräten herzustellen, und in der Regel führt dies zu einer zuverlässigen Messung. Jeder Adapter, Steckverbinder und jedes Kabel, das sich zwischen dem Gerät und dem Prüfling befindet, erhöht jedoch die Messunsicherheit. Bei höheren Frequenzen oder Frequenzen näher am Rauschen wirken sich diese Unsicherheiten stärker auf Messungen aus. Die Verringerung der Unsicherheit beginnt mit der richtigen Adapter- und Kabelauswahl.

Seien Sie bei der Auswahl von Kabeln und Adaptern vorsichtig. Prüfen Sie die Integrität der ausgewählten Geräte. Die Kabelintegrität kann durch Alter, unsachgemäßen Gebrauch oder Verschmutzungen beeinträchtigt werden. Verunreinigungen an Kabeln und Adaptern gelangen leicht auf den Eingangsanschluss des Testgeräts. Abbildung 1 zeigt ein Beispiel für ein verschmutztes Kabel

Abbildung 1: Verunreinigtes SMA-Kabel

Alle Metallfasern in Abbildung 1 sind Messunsicherheiten. Die Fasern können zwar keine Steckverbinder kontaminieren, aber sie sind sehr abrasiv und können mehr Verunreinigungen erzeugen und in die Gegenflächen beider Steckverbinder eindringen. Die Verwendung eines Steckverbinders mit Verunreinigungen bei niedrigen Frequenzen kann kein Problem darstellen, aber die Verwendung eines Steckverbinders mit Verunreinigungen bei hohen Frequenzen verhindert eine gute Übereinstimmung. Die Qualität der Messung hängt von der Übereinstimmung im gesamten Messsystem ab, die von dem Wellenwiderstand der verschiedenen Komponenten abhängt. Der Wellenwiderstand des Kabels hängt vom Verhältnis des Durchmessers des Mittelleiters zum Durchmesser des Außenleiters ab (siehe Abbildung 2).

Abbildung 2: Charakteristische Impedanz eines Steckverbinders

Basierend auf der obigen Gleichung in Abbildung 2 verringern kleine Metallfasern den Durchmesser des Außenleiters, was zu Diskontinuitäten bei Hochfrequenzmessungen führt.

Abbildungen 3 und 4 zeigen ein Beispiel dafür, wie Diskontinuitäten Hochfrequenzmessungen negativ beeinflussen können.

Abbildung 3 zeigt ein halbstarres 50-Ohm-Koaxialkabel, das mit einem Netzwerkanalysator gemessen wurde.  Abbildung 4 zeigt den Frequenzgang des Kabels bis ca. 6 GHz.

Abbildung 3: Kabel mit mehreren Biegungen und absichtlicher Crimpung

Abbildung 4: Frequenzgang des Kabels nur aufgrund von Biegungen

Das Kabel wurde absichtlich in der Nähe des Steckverbinders gecrimpt (rot eingekreist). Abbildung 5 zeigt die Reaktion des Kabels auf die Crimpung im Vergleich zum Originalkabel ohne Crimpung. Die große Diskontinuität und die Leistungsminderung werden durch diesen Crimp verursacht, der den Außenleiter effektiv an den Innenleiter annähert und den Wellenwiderstand ändert. Der Effekt ist nicht auf einen kleinen Teil der Messung beschränkt, sondern kann über den gesamten Messbereich hinweg beobachtet werden.

Abbildung 5: Frequenzgang des Kabels durch Biegungen und Quetschungen

Wenn die Steckverbinderschnittstelle verunreinigt ist, kommt es in geringerem Maße zu Leistungseinbußen.

Hier sind einige Punkte, die in Bezug auf Kabel und Steckerpflege zu beachten sind:

• Verschmutzungen folgen dem Steckverbinder
• Verunreinigungen „infizieren“ Gegensteckverbinder
• Verschmutzungen können teure Geräte beschädigen
• Verschmutzungen können bei hohen Frequenzen zu Unterbrechungen führen
• Gute Verbindungen sind der Schlüssel zu präzisen RF-Messungen
• Verschmutzte oder beschädigte Steckverbinder sind ein wesentlicher Faktor für Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit

Trotz aller Vorsichtsmaßnahmen können Adapter und Kabel verschmutzen. In diesen Fällen ist eine Reinigung notwendig. Verwenden Sie die Schritte im folgenden Abschnitt als allgemeine Richtlinie für die Reinigung von Steckverbindern und Kabeln.

Folgende Materialien werden für die ordnungsgemäße Steckerreinigung benötigt:

• Saubere, trockene Luft- oder Stickstoffkonservenquelle
• Lupe
• Fusselfreie Abstriche
• Isopropylalkohol
• Zahnstocher
  1. Blasen Sie losen Schmutz mit Luftkonserven oder Stickstoff aus. Blasen Sie nicht direkt in den Anschluss, da sich sonst Schmutz fester festsetzen kann. Blase über die Anschlussfläche. Die Verwendung eines Kompressors wird nicht empfohlen. Stellen Sie jedoch bei Bedarf sicher, dass der Kompressor über einen Wasserfilter, einen Ölfilter und einen Trockner verfügt. Tragen Sie immer eine Schutzbrille, wenn Sie Druckluft aus einer Dose oder einem Kompressor verwenden. Druckluft ist die sicherste Methode zur Reinigung von Steckverbindern mit Luftdielektrika.
  2. Sehen Sie sich den Steckverbinder mit einer Lupe an. Wenn du immer noch Schmutz bemerkst, entferne ihn mit einem fusselfreien Schaumtupfer (nicht Baumwolle). Wattestäbchen hinterlassen Fasern, die sehr schwer zu sehen sind. Wischen Sie die Oberflächen mit dem Tupfer sanft ab. Ein zu hoher Druck kann Trümmer tiefer in den Anschluss einbetten. Führen Sie diesen Schritt nicht an Steckverbindern mit Luftdielektrikum aus.
     Hinweis: Wenn Sie einen Tupfer verwenden, reinigen Sie den Stecker immer in einer kreisförmigen Bewegung um den mittleren Pin, nicht über den Pin).
  3. Überprüfen Sie den Anschluss noch einmal und versuchen Sie es mit einem Schaumtupfer mit 99,5% Isopropylalkohol in einem gut belüfteten Bereich. Geben Sie eine sehr kleine Menge Alkohol auf den Tupfer; geben Sie den Alkohol nicht direkt auf den Anschluss auf. Wischen Sie die Oberfläche mit dem Tupfer sanft ab. Führen Sie diesen Schritt nicht an Steckverbindern mit Luftdielektrikum aus.
• Hinweis: Wenn Sie einen Tupfer verwenden, reinigen Sie den Stecker immer in einer kreisförmigen Bewegung um den mittleren Pin, nicht über den Pin.
  Überprüfen Sie den Steckverbinder erneut. Wenn der Steckverbinder immer noch verschmutzt ist, kann es notwendig sein, einen sehr kleinen Zahnstocher mit einer kleinen Menge Alkohol zu verwenden. Verwenden Sie eine Lupe, wenn Sie einen Zahnstocher zum Reinigen verwenden, und wenden Sie äußerste Vorsicht an, um eine Beschädigung des Steckverbinders zu vermeiden.

Wenn Sie den Anschluss nach Abschluss der vorhergehenden Schritte nicht erfolgreich reinigen konnten, verwenden Sie ihn nicht.

Verwenden Sie immer einen Drehmomentschlüssel mit der richtigen Einstellung für den verwendeten Anschlusstyp. Ein zu großes Drehmoment kann dazu führen, dass sich die Gegenflächen verformen, was zu einer Fehlanpassung führen kann. Unzureichendes Drehmoment kann zu einer falschen Verbindung führen, was ebenfalls zu einer Unstimmigkeit führt. Drehmomentverbindungen immer mit dem empfohlenen Drehmomentwert. Die Verwendung eines Drehmomentschlüssels verbessert die Wiederholbarkeit Ihrer Messungen.

Tabelle 1: Empfohlene Drehmomentwerte

Gehen Sie zur ordnungsgemäßen Verwendung eines kalibrierten SMA-Drehmomentschlüssels wie folgt vor:

1. Setzen Sie den Schraubenschlüssel um die Sechskantmutter und üben Sie eine gleichmäßige Kraft auf den Drehmomentschlüssel aus.
   Achtung: Üben Sie keine Kraft aus, indem Sie einen Teil des Schlüsselgriffs außerhalb der grünen Zone halten (siehe Abbildung 6) und verwenden Sie keine andere Hebelhilfe am Schlüssel.
2. Stoppen Sie die Kraftausübung jederzeit nach dem Haltepunkt und vor Erreichen eines Winkels von 45 Grad. Üben Sie keine Kraft aus, nachdem der Schraubenschlüssel mit dem voreingestellten Drehmoment "bricht", wie angezeigt, wenn der Schraubenschlüssel eine lineare Position verlässt und beginnt, sich getrennt vom Schraubenkopf zu drehen. Wenden Sie keine Kraft über 45 Grad an, wie in Abbildung 6 angegeben.
3. Wenn Sie den Anschluss überdreht haben (was durch das vollständige Lösen des Schraubenschlüssels angezeigt wird (bis zu 90 Grad oder mehr vom Schraubenkopf), lösen Sie den Anschluss und wiederholen Sie den Vorgang. Achten Sie besonders auf den Haltepunkt und stoppen Sie das Anziehen, bevor Sie den maximalen Drehwinkel erreichen.

In der folgenden Abbildung sehen Sie, wie Sie den Schraubenschlüssel richtig greifen, um das voreingestellte Drehmoment zu erreichen.

Abbildung 6: Richtige Verwendung des Drehmomentschlüssels

Nachfolgend finden Sie wichtige Hinweise zur Verbesserung von Messtechniken und Messungen im Allgemeinen.

• Vergewissern Sie sich, dass der männliche Mittelstift am Gegensteckverbinder ausgerichtet ist. Prüfen Sie während des Reinigungsvorgangs die Gegenflächen aller Steckverbinder und Kabel, bevor Sie sie verbinden. Suchen Sie nach verbogenen oder beschädigten Mittelstiften oder Spannzangen. Vergewissern Sie sich vor dem Zusammenstecken von Steckverbindern oder Kabeln, dass die Steckerenden übereinstimmen und ohne Beschädigungen zusammenpassen.
• Nach dem Reinigen und Überprüfen von Kabeln und Adaptern sollten Sie das Kabel oder Gehäuse niemals drehen. Drehen Sie immer nur die Anschlussmutter. Wenn Sie den Körper anstelle der Mutter drehen, verschleißen und lockern sich die Gegenflächen, was zu einer Fehlanpassung und Verschlechterung der Messungen führt. Auch die Drehbewegung der Oberflächen kann Grate und lose Metallspäne verursachen, die nicht nur die Messung beeinflussen, sondern auch andere Oberflächen beschädigen können, mit denen sie in Kontakt kommen.
• Ein Steckverbinder-Saver macht genau das, was sein Name verspricht: Er schont die Steckverbinder. In einer Produktions- oder Fertigungsumgebung, in der Kabel und Steckverbinder häufig gewechselt werden, verlängert ein Steckverbinder-Saver die Lebensdauer eines Testgeräts. Solange die Auswirkungen des Steckverbinder-Savers im Fehler-Budget für eine Messung enthalten sind, stellen sie wenig Problem dar. Beachten Sie, dass in einer Laborumgebung, in der die Messung oft ein hohes Maß an Genauigkeit und Sorgfalt beim Herstellen von Verbindungen erfordert, der Steckverbinderschoner möglicherweise nicht die beste Wahl ist.

In der Regel werden drei Arten von Steckverbindern verwendet, darunter Metrologie-Steckverbinder, Instrumenten-Steckverbinder sowie Steckverbinder für den Produktionseinsatz (auch als Feld-Steckverbinder bezeichnet).

Der Metrologie-Steckverbinder ist der höchste und teuerste Steckverbinder und wird z. B. für Prüf- und Kalibrierstandards und Präzisionsadapter verwendet. Diese Steckverbinder haben in der Regel schlitzlose Kontakte und ein Luftdielektrikum und werden nach höchsten Standards gefertigt. In Verbindung mit anderen Metrologie-Standards haben Metrologie-Steckverbinder in der Regel eine lange Lebensdauer aufgrund der präzisen Passform. Dies macht sie jedoch nicht robuster. In der Regel sind sie genau das Gegenteil und müssen mit viel Sorgfalt behandelt werden.

Die nächstniedrigere Kategorie bilden die Instrumenten-Steckverbinder. Instrumenten-Steckverbinder zeichnen sich durch gute Leistung bei engen Toleranzen aus und haben oft eine dielektrische Trägerstruktur. Dies ist normalerweise die Art des Steckverbinders, der an den meisten Testgeräten verwendet wird. Instrumenten-Steckverbinder sind wirtschaftlicher als Metrologie-Steckverbinder, bieten aber dennoch eine gute Leistung.

Die niedrigste Kategorie bilden die Steckverbinder für den Produktionseinsatz, auch als Feld-Steckverbinder bezeichnet. Die Steckverbinder für den Produktionseinsatz weisen in der Regel eine geringere Leistung bei lockereren Toleranzen auf und sind daher meist nur für eine begrenzte Anzahl von Verbindungen geeignet. Diese Geräte werden fast immer eine dielektrisch unterstützte Schnittstelle haben, und die Buchse wird fast immer geschlitzt sein. Steckverbinder für den Produktionseinsatz sollten vor dem Anschließen immer sorgfältig geprüft werden. Der Steckverbinder für den Produktionseinsatz ist in der Regel sehr kostengünstig (im Vergleich zu den anderen Arten) und hat eine kurze Lebensdauer, da die lockereren Toleranzen zu einer weniger präzisen Passform und mehr Verschleiß führen.