边缘接触如何改善RF衰减器的可靠性？

在射频系统中，衰减器是必不可少的组成部分。它们用于降低信号的电平，从而降低信号的功率。这可用于改善阻抗匹配，保护敏感设备(例如测量设备)免受可能造成损坏的过高输入的影响，并提高关键系统的可靠性和质量。

对于要求高可靠性的应用(例如军事或航空航天)，设计人员如何才能确保购买符合其标准的RF衰减器?

在本文中，我们将研究QPL标准如何定义衰减器的性能和质量，以及Bel所开发的新制造技术如何显著提高可靠性。

简介：什么是衰减器?

射频衰减器有几种不同类型：它们可以具有固定的衰减值，可以在一组值之间切换，或者可以连续变化。衰减的程度以分贝(dB)为单位进行衡量，例如，一个3dB的衰减器将输出功率减小到输入功率的一半，而10 dB的信号将减小到输入功率的十分之一。

对于许多应用，具有特定值的固定衰减器通常是最简单最好的解决方案。这些衰减器是无源设备，通常由三个电阻构成，通常以“T”或“Pi”格式排列(见图1)。所需的电阻值可以很容易地从所需的衰减中计算得出，制造商通常会提供各种衰减值的器件。

对于RF应用，通常将衰减器设计为在阻抗为50 Ohms的系统中使用，并且可以处理高达40GHz(典型值)的高频。它们可以构造为不平衡的，以与不平衡的同轴线配合使用，而同轴线通常用于RF应用，也可以平衡为与双绞线一起使用。

图1：T和Pi示意图

满足质量要求

为了确保在许多不同类型的产品中达到正确的质量和可靠性水平，美国国防后勤局(DLA)创建了所谓的合格零件清单(QPL)。DLA规定了所购买衰减器的最低性能要求，然后将其列在QPL中，这被视为其他购买者质量的一般标志。对于射频和微波固定衰减器，相关规范称为MIL-DTL-3933M，可以从国防后勤局网站下载。

该规范包括在零件号中使用的三个设备级指示符：“T”表示用于太空应用的零件，“S”表示该零件已被屏蔽，“N”表示未屏蔽的零件。从根本上讲，与非屏蔽设备相比，屏蔽零件在出厂前要进行更广泛的测试。

要获得QPL资格，制造商必须为其零件定义符合规范的测试，然后提供详细的测试报告以供DLA审查。这意味着客户可以确信，无论从谁那里购买衰减器，他们都将达到性能和质量的最低标准。

连接器问题

但是，实际上，并非所有QPL零件都是相同的，并且规范并未定义零件的内部设计方式。固定衰减器基本上是三个电阻器，它们连接在一个小电路板上，并安装在合适的外壳中。电路板与衰减器的外部连接器的连接方式是会极大影响可靠性的一个方面，例如，许多应用中使用的SMA(超微型A型)同轴连接器。

图2.Midwest Microwave的QPL衰减器

电路板的侧面有连接器，可将信号路由到SMA连接器。传统上，最常用的方法是使用环氧树脂的导电区域，但这存在一些问题。

首先，环氧树脂需要手动施加，这会引入错误。其次，环氧树脂是一种化学物质，在某些应用中，“除气”是一个问题——这意味着在真空中某些环氧树脂会散发出来，并可能引起问题。对于空间应用，这通常是一个问题。

环氧树脂的一种替代选择是使用焊接，但这也可能会导致错误和错误使用焊料。

包边提供更高质量

为解决这些问题，Bel已投资开发一种新的SMA连接器链接方式，以提高其可靠性。这是基于金边包裹技术，这意味着两个部分之间的接触是金上金(gold on gold)，并且通过简单的机械弹簧加载力确保了良好的接触。

转向金边缠绕还需要对电阻器电路板进行机械重新设计，以确保衰减器的组件适当地装配在一起。

金色边缘包裹物有助于确保高可靠性，并特别提高了衰减器承受机械冲击和振动的能力。它还可以帮助提高与热冲击和热循环有关的可靠性，在这种情况下，衰减器可能经常暴露于较大的温度变化中，例如在室外使用。

自从将这种技术引入其QPL衰减器以来，Bel在这些零件上的故障率就为零，并且是通过以这种方式将金边包裹物用于衰减器的制造商。

通过提高可靠性并避免故障，这项新的制造技术还有助于降低客户的成本。衰减器本身的成本相对较低，在实际使用中出现的任何问题都可能导致相当大的成本，而且许多RF应用可能位于偏远的地方，而更换零件远非易事。

这也意味着，通过简单的金属对金属接触，并且没有环氧树脂或焊料，就不会产生除气问题，这对于空间应用和真空环境至关重要。对于除气，在指定零件时应考虑两个感兴趣的规格。首先，看看TML，它代表“总质量损失”。其次，您应该考虑CVCM，这意味着“收集的挥发性可冷凝材料”。

举个例子，Bel公司在Midwest Microwave的QPL衰减器产品线中使用了这项新技术，并且在公司为各种军事计划开发的大多数定制衰减器中也使用了这一新技术。这些部件具有低VSWR(电压驻波比)，从而避免了不必要的反射和高精度衰减。它们可以在-55°C至 125°C的扩展温度范围内使用，并且坚固耐用。

Bel还可使用该新技术为需要可靠性甚至不需要QPL部件的客户开发定制衰减器。实际上，QPL只是开始，许多非防御应用可以从指定这种方法中受益。除衰减器外，Bel还使用了金边包裹法来改善端接的可靠性。

结论

总而言之，尽管它们都符合相关规范，但并非所有QPL部件都是相同的，特别是内部构造可能会有所不同。对于衰减器，可靠性是关键问题。Bel通过开发一种高质量的制造技术来解决这个问题，该技术使用金边包裹法进行连接。

该技术已在生产中证明了其价值——Bel的QPL衰减器的零故障率。