NI 測試設備的 RF 接頭維護

在使用設備之前,請先遵循下列做法,以延長接頭與測試設備的使用壽命。

• 在未使用測試設備時,儲存防塵蓋,並將其替換至合適的接頭上。配備同軸接頭的產品會隨附灰塵封套,以防止污染物損壞連接。
• 將同軸接頭儲存在 ESD 安全槽中。雖然轉接器與連接線並不具備 ESD 靈敏度,但仍可開發可移轉至測試設備的電荷。使用 ESD 安全分類 (Safe Bin) 有助於減少傳輸費用的可能性。此外,設備附近的非 ESD 材料量也會減少。

進行良好的高頻率量測的第一階段,就是裝置人機介面接頭與連接方式。許多時候,您會使用最方便使用的連接線與接頭連接儀器,這通常會讓量測作業保持穩定。然而,儀器與 DUT 之間的每個轉接器、接頭與連接線,都會讓量測作業更加不確定。若頻率較高或頻率較接近雜訊,則這些不確定性會對量測造成更大的影響。要降低不確定性,首先要選擇合適的轉接器與連接線。

選擇連接線與轉接器時請非常注意。驗證所選設備的完整性。連接線完整性可能因為老化、使用不當或污染物而降低。連接線與轉接器的汙染物可輕鬆傳輸至測試設備的輸入接頭。圖 1 所示為受污染連接線的範例

圖 1：受污染的 SMA 連接線

圖 1 所示的所有金屬纖維均為量測作業的不確定性來源。雖然這些纖維可能不會汙染其介接的任何接頭,但這些纖維具有極度磨耗性,並且可能產生更多污染物,並且會接地兩個接頭的對應表面。若使用含污染物在低頻率下的接頭,可能不會造成問題,但若使用含污染物在高頻率下的接頭,則無法取得良好的匹配。量測品質取決於整個量測系統的比對,這取決於不同元件的特性阻抗。連接線的特性阻抗取決於中央導體直徑與外部導體直徑的比率,如圖 2 所示。

圖 2：連接器的特性阻抗

根據圖 2 所示的方程式,小型金屬纖維可減少外導體的直徑,進而在高頻率量測中造成不連續性。

圖 3 與圖 4 示範了不連續性對高頻率量測造成的負面影響。

圖 3 說明了以網路分析儀量測的 50 ohm 同軸半硬連接線。 圖 4 顯示連接線的頻率響應,最高可達約 6 GHz。

圖 3：連接線有多重彎曲與預定接觸

圖 4：僅限彎曲所造成的連接線頻率響應

此連接線在接頭附近刻意加裝 (紅色圈)。圖 5 顯示了連接線與無加壓的原始連接線相對於加壓的響應。這種壓縮會使外部導體更接近內部導體,並改變特性阻抗,因此會造成極大的不連續性與效能劣化。此效應不僅限於量測的一小部分,在整個量測範圍內,也可觀察到其效應。

圖 5：因彎曲與加壓所造成的連接線頻率響應

接頭介面受污染時,效能劣化會變得更輕微。

以下列舉關於連接線與接頭維護的幾點考量要點:

• 汙染物遵循接頭
• 汙染物「感染」配對接頭
• 汙染物可能會損壞昂貴的設備
• 汙染物可能會在高頻率下造成不連續性
• 良好的連線能力,是精確 RF 量測的關鍵
• 接頭污損或損壞,是準確度與可重複性的重要因素

儘管採取所有預防措施,轉接器與連接線仍有可能污損。在這些情況下,必須進行清潔。請使用下方章節中的步驟做為接頭與連接線的清潔一般指南。

必須使用下列材料才能妥善清理接頭:

• 乾淨的儲氣或氮氣源
• 放大鏡圖示
• 無濾波器
• 同丙醇
• 牙齒
  1. 使用儲氣或氮氣噴出任何鬆散的碎屑。請勿直接吹入接頭,因為這樣可能會讓碎屑保持穩定。對接頭表面吹動。不建議使用壓縮機,但如有必要,請確認壓縮機是否有水濾波器、油濾波器與乾燥機。不論是來自罐或壓縮機的壓縮空氣,都請務必穿著保護眼鏡。使用空氣介電清潔接頭時,壓縮氣是最安全的方法。
  2. 使用放大鏡檢查接頭。若仍留意碎屑,請嘗試使用無殼的泡泡泡 (非棉花)。棉花巾背後留下了非常難看見的纖維。使用插槽輕鬆擦乾表面。施加過多壓力可能會讓碎屑更深地嵌入接頭中。請勿在配備空氣介電器的接頭上執行這項步驟。
     注意：使用插槽時,請務必以中央針腳周圍的循環動作清潔接頭,不要穿過針腳)
  3. 請再次檢查接頭,如果仍然需要清潔,請嘗試在通氣良好的地方使用含有 99.5% 同丙酸醇的泡沫槽。將少量酒精套用至插槽上;請勿直接將酒精套用至接頭上。使用插槽輕鬆擦乾表面。請勿在配備空氣介電器的接頭上執行這項步驟。
• 注意：使用插槽時,請務必在中央針腳周圍循環清潔接頭,而非穿過針腳。
  請再次檢查連接器,如果連接器仍有污染,則可能需要使用小型齒頭並使用少量酒精。使用接頭清潔時請使用放大器,並極度注意避免損壞接頭。

若在完成上述步驟後無法清潔接頭,請勿使用該接頭。

請務必使用對所使用之接頭類型所適當的轉矩鍵。轉矩過多可能會導致配對表面變形,進而造成失配。轉矩不足可能會造成連接不良,進而造成失配。請務必將轉矩連接至建議的轉矩值。使用轉矩鍵可提升量測作業的重複性。

表 1：建議轉矩值

完成下列步驟,正確使用經校準的 SMA 轉矩鍵

1. 將金鑰固定在連接器六組螺帽上,並以平滑穩定的動作對轉矩螺帽施加施力。
   注意：如圖 6 所示,請勿將手把任何部分固定在綠區外,也不應使用手把上的其他手桿輔助工具。
2. 在斷點發生後,且達到 45 度角度之前,請隨時停止施力。在鍵盤以預設扭矩「中斷」之後,請勿施加力量,這是當鍵盤離開線性位置並與鍵盤頭分開開始旋轉時所示。請勿施力超過 45 度 (如圖 6 所示)。
3. 若將接頭過度扭轉,如鍵頭完全脫落 (與鍵頭達到 90 度以上),請鬆開接頭並重複作業。在達到最大旋轉角度之前,請特別注意中斷點並停止鎖緊。

下圖說明如何正確抓住鍵,以達到預設轉矩。

圖 6：合適的轉矩鍵用途

下列資訊包含改善量測技術與一般量測作業的重要秘訣。

• 確保接頭的公中央針腳與配對接頭保持對齊。清潔過程中,請先檢查所有接頭與連接線的對應表面,再進行配對。尋找任何彎曲或損壞的中央針腳或針腳。在配對接頭或連接線之前,請確認連接器端點是否相符,且不會發生配對。
• 清潔與檢查連接線與轉接器之後,切勿旋轉連接線或車身。請一律僅旋轉接頭螺帽。轉動車身而非螺帽會導致配對表面磨損並鬆散,進而導致量測作業失配與劣化。此外,表面旋轉動作也有可能導致雜波和金屬鬆動,不但會影響量測作業,還可能損壞任何其他表面。
• 使用節約接頭只能發揮其所謂的作用,節省接頭。在頻繁更換連接線與接頭的生產或製造環境中,節約接頭可延長測試設備的使用壽命。只要將節接器省下的影響納入量測的誤差預算,就不會造成問題。請注意,在實驗室環境中,量測作業往往需要高度的準確度與關懷,因此,節省接頭可能不是最佳選擇。

一般會使用三種類型的接頭,包括度量衡等級、儀器等級,以及生產等級 (有時稱為現場等級) 的接頭。

度量衡等級接頭是最高、最昂貴的接頭等級,適用於 V&C 標準與精確度轉接器等項目。這些接頭通常具有無槽式接觸器與空中介電,且根據最高標準進行製造。將度量衡等級接頭與其他度量衡等級標準搭配使用時,通常會因為精確的偶合特性而產生較長的使用壽命。不過,這也無法讓他們更穩定。這類問題通常相反,且必須非常關心地處理。

下一個等級則是儀器等級接頭。儀器等級接頭具有優異效能與緊密的容許範圍,且通常具備介電支援架構。這種接頭通常用於大多數的測試設備。儀器等級接頭比度量衡等級接頭更具經濟效益,但效能仍然良好。

最低等級的接頭是生產等級或現場等級接頭。生產級接頭通常具有較低的效能與較鬆的容許範圍,因此通常只適用於有限的連接次數。這些裝置幾乎一律採用介電支援介面,而母接頭幾乎一律採用插槽型態。在連接前,請務必仔細檢查生產等級的接頭。生產等級接頭通常成本極低 (相較於其他等級),使用壽命較短,因為寬限較寬,因此適用度較低,磨損也較高。