淺談射頻同軸連接器電纜組件高性能、一致性的影響因素

2016-09-22 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

摘要:從產(chǎn)品的設(shè)計、制造、檢測三個方面著手,對影響射頻同軸連接器電纜組件高性能、一致性的影響因素進行分析。探討制造高性能電纜組件的方法。

一、引言

隨著通信事業(yè)突飛猛進的發(fā)展,現(xiàn)今,移動通信正在向第三代(3G)、第四代(4G)移動通信網(wǎng)絡(luò)邁進,從而對射頻同軸電纜組件的性能也有了更高的要求。除此之外海外客戶也對電纜組件除了常規(guī)的駐波電氣性能有要求外,也逐漸對產(chǎn)品的三階交調(diào)、時域阻抗、時域故障點等性能也有相應(yīng)的提高。筆者結(jié)合生產(chǎn)的實際情況,及與公司設(shè)計團隊的研討,針對于如何提高射頻同軸電纜組件的高性能、一致性做簡要的分析,更便于后續(xù)工作的開展。

二、影響射頻同軸連接器電纜組件高性能、一致性的主要因素

1、電纜的影響

射頻同軸電纜是射頻同軸連接器電纜組件不可或缺的一部分,它性能的好壞與電纜組件性能有著直接的關(guān)系。它的失效模式有以下幾種:

1.1、駐波周期性不良;

1.2、局部變形造成的性能不良;

1.3、阻抗不匹配(偏高、偏低或忽高忽低);

1.4、電纜發(fā)泡層與外導(dǎo)體之間竄動;

1.5、發(fā)泡層粘貼在內(nèi)導(dǎo)體上,無法清理;

1.6、內(nèi)導(dǎo)體尺寸不符合要求;

以上因素均會造成電纜組件的性能不良,要想提高電纜組件性能,必須降低以上失效模式。特別是內(nèi)導(dǎo)體的尺寸必須要求滿足要求。

提高電纜性能(這里主要是駐波比)的方法:

a. 內(nèi)、外導(dǎo)體材料的選型;

b. 擠壓絕緣的過程中,嚴格控制發(fā)泡的均勻性,提高發(fā)泡絕緣線芯直徑的均勻性、電

容的穩(wěn)定性;

c. 提高內(nèi)外導(dǎo)體的同心度,即控制電纜絕緣不發(fā)生偏心;

d. 控制內(nèi)導(dǎo)體的公差要求。

2、裝配工藝的影響

2.1 連接的可靠性;

2.1.1 裝配不良:

a.以1/2 超柔、普通的電纜組件為例,目前采用的基本上是內(nèi)、外導(dǎo)體與電纜之間采用錫焊結(jié)構(gòu),筆者在生產(chǎn)現(xiàn)場也曾發(fā)現(xiàn),由于裝配過失,外導(dǎo)體與電纜之間漏焊,導(dǎo)致連接失效。

b.對于編織網(wǎng)類電纜組件,目前采用的方法是壓力機施加壓力使壓接套管塑性變形從而達到連接可靠的目的,但是由于在實際的生產(chǎn)中裝配工裝的不合理、壓接套管設(shè)計、原材料的選型錯誤、來料不符和要求等等原因,都有可能造成壓接不緊密,導(dǎo)致連接失效。

c. 連接器界面尺寸錯誤,輕微的造成性能不良,嚴重的情況下會造成測試轉(zhuǎn)接器開槽端口變形。導(dǎo)致失效。

2.1.2 焊接失效(虛焊);

2.1.3 螺套脫落

a.選材不當,為降低成本,誤用非彈性的黃銅座卡環(huán)材料,使螺母易脫落。

b.加工時,螺母安裝卡環(huán)的溝槽槽深不夠,連接時稍加力矩螺母即脫落。

c.使用人員在測試時,沒有力矩扳手,而使用普通扳手來擰緊螺母,使擰緊力矩大大超過軍標規(guī)定值,所以螺母(卡環(huán))遭到損壞而脫落。

無論連接方式如何,為達到連接的可靠性必須保證:

a.內(nèi)、外導(dǎo)體同軸,保證連接器界面尺寸正確;

b.電纜的外導(dǎo)體與連接器內(nèi)壁之間連接可靠,

c.焊接外導(dǎo)體時防止加熱時間過長,溫度過高破壞電纜絕緣層,無法滿足絕緣、耐壓要求;

2.2 對電氣性能的影響

2.2.1 對駐波比的影響

對于50Ω的射頻同軸連接器,它的設(shè)計原則是盡量保證每個橫截面阻抗在50Ω左右。同樣電纜的整個阻抗也在50Ω范圍內(nèi)。為保證整個電纜組件的匹配性,就必須在裝配的過程中保證電纜與連接器的結(jié)合部位阻抗的匹配性。實際的生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到駐波不良的現(xiàn)象,剖析不良品有很大部分原因是焊接處電纜的絕緣層燒壞。導(dǎo)致駐波不良。還有內(nèi)導(dǎo)體焊接后有多余的錫渣、凸點,形成局部的電容。形成阻抗不匹配現(xiàn)象。

2.2.2 對三階交調(diào)的影響

首先裝配不到位,或者是結(jié)合不緊密,即接觸件之間沒有彈性接觸。都會造成傳輸信號的不連續(xù),這是三階交調(diào)不良的主要因素。再者在使用高頻焊接設(shè)備時工藝參數(shù)的不準確、不確定、焊接工裝不合理,與連接器不同軸等等因素。對于一些電鍍工藝(電鍍?nèi)?較差的產(chǎn)品,連接器易“燒紅”對交調(diào)有重要的影響。最后,裝配時鏟除的絕緣子飛邊、銅屑。鍍Ag 件產(chǎn)品生產(chǎn)時不帶手指套操作,內(nèi)、外導(dǎo)體表面氧化、臟污。這些都會造成交調(diào)不良。

3、設(shè)計的影響

3.1 阻抗問題

在理想的狀態(tài)下50Ω的連接器與50Ω的電纜進行裝配,電纜組件應(yīng)該也在50 歐姆左右,這就是阻抗的匹配性,兩者任意一個因素的改變都會造成阻抗失衡的現(xiàn)象。這也給了我們的設(shè)計人員和電纜供應(yīng)商相互推諉的借口,當出現(xiàn)駐波不良時經(jīng)常聽到雙方各執(zhí)一詞。當然有甄別好壞的方法。目前來說用時域阻抗測試是廣泛使用的方法之一。在生產(chǎn)過程中筆者通過大量的試驗發(fā)現(xiàn),即使是同樣一款連接器,用不同的電纜進行裝配測出的駐波大相徑庭;

如上圖所示,用相同的工藝裝配出來的3 根電纜組件,用不同的電纜裝配處理的結(jié)果完全不同。對電纜組件進行時域分析,發(fā)現(xiàn)采用阻抗高的電纜比阻抗低的電纜裝配出來的電氣性能(駐波比)較好,這也就告訴我們,在設(shè)計之初必須清楚的了解連接器的各個方面的特性,包括與什么樣的電纜適配可以達到最好的效果。筆者也在生產(chǎn)過程中總結(jié)出來一條定律:阻抗低的連接器適配阻抗高的電纜能夠相對較好的電纜組件。(有待考究)

3.2 設(shè)計余量

設(shè)計人員在設(shè)計連接器之初是以適配標準電纜進行設(shè)計的,設(shè)計原則是阻抗匹配,但實際的生產(chǎn)中,考慮到成本等諸多因素,電纜的阻抗不可能全部是均勻、一致的。在一定的范圍內(nèi)波動,這就要求我們的設(shè)計人員在產(chǎn)品的批量制造之前,給出與之適配的電纜的技術(shù)指標。為做到高性能、一致性,可以專門定制電纜。我說的定制電纜不是說越貴越好,而是適合于我們的連接器,例如設(shè)計的連接器整體顯容性,則我們可以定制阻抗略高于50Ω的電纜與之適配。這樣在不增加成本的情況下提高了產(chǎn)品的性能。保證了產(chǎn)品的一

致性。

3.3 產(chǎn)品的可實現(xiàn)性

這里我說的產(chǎn)品的可實現(xiàn)性,只針對于產(chǎn)品是否利于裝配。內(nèi)、外導(dǎo)體是否容易加工。尺寸的公差配合是否合理。在不增加制造成本的情況下,產(chǎn)品能否適合批量生產(chǎn)。一個好的設(shè)計人員首先應(yīng)考慮到產(chǎn)品的可實現(xiàn)性。而不是閉門造車,天方夜譚。

三、如何提高射頻同軸連接器電纜組件性能、一致性

結(jié)合上述的失效模式及影響因素的分析,如何提高射頻同軸連接器電纜組件性能、一致性,筆者認為:

1. 優(yōu)秀的設(shè)計

首先,是產(chǎn)品的可實現(xiàn)性,正如機械行業(yè)經(jīng)常說的那樣的一句話“是先有裝配圖,還是現(xiàn)有零件圖”。如果產(chǎn)品不能實現(xiàn),再完美的設(shè)計也只是鏡中花,水中月。一個優(yōu)秀的設(shè)計人員應(yīng)該基于工程、質(zhì)量、生產(chǎn)為一身的結(jié)合體。不要求都精通,但是必須懂得各方面原理。

其次,會利用先進的仿真工具、測試儀器輔助手段快速分析和解決問題。

最后,留有足夠的設(shè)計余量。便于產(chǎn)品的實現(xiàn)。知道連接器各方面的性能,與什么樣的電纜匹配可以達到最佳效果。

綜上,設(shè)計時應(yīng)針對以下四點,

①電氣基準面接觸部位

②介質(zhì)支撐部位

③導(dǎo)體臺階部位

④接電纜部位,進行精確的計算和補償。

另外,對絕緣支撐介質(zhì)均勻性、重量都有很嚴格的要求,必要時要采用適當?shù)臄U頻方法來改善電性能。

2. 持續(xù)改進的工藝

工藝改進是無止境的,持續(xù)改進的最終階段全自動化。將人為因素降至最低。就目前來說短時間內(nèi)無法實現(xiàn),但是可以向這個目標靠近。例如,利用現(xiàn)有資源,通過工業(yè)工程改善,定人、定崗、定工種、定設(shè)備、定參數(shù)等等,減小人為因素造成的影響。

3. 準確的檢測

檢測是產(chǎn)品能否實現(xiàn)的評判標準,準確的檢測為設(shè)計人員提供有效的數(shù)據(jù)支撐。如三階交調(diào),在優(yōu)秀的設(shè)計,穩(wěn)定的工藝基礎(chǔ)上,無法通過外觀、尺寸的測量來判斷交調(diào)的好壞,只能通過檢測才能判定。筆者在生產(chǎn)中也發(fā)現(xiàn)檢驗方法及工具的不統(tǒng)一都會造成誤判現(xiàn)象。特別是對高性能要求的產(chǎn)品這點尤為重要。故而,建議對于有高性能要求的客戶,我們應(yīng)該定期將雙方測試設(shè)備進行比對校驗。從而降低測試誤差造成的批量產(chǎn)品不合格的風(fēng)險。

四、結(jié)束語

筆者從產(chǎn)品的設(shè)計、制造、檢驗、工藝保證等幾個方面闡述了射頻同軸連接器電纜組件高性能、一致性的影響因素,制造高性能、一致性好的射頻同軸連接器電纜組件是一項艱苦的工作,需要不斷的積累與摸索。上述僅為筆者的個人觀點。不盡正確,有問題請斧正。共同學(xué)習(xí)!

開放分享：優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才