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:互聯網

摘要:從產品的設計、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

隨著通信事業突飛猛進的發展,現今,移動通信正在向第三代(3G)、第四代(4G)移動通信網絡邁進,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的駐波電氣性能有要求外,也逐漸對產品的三階交調、時域阻抗、時域故障點等性能也有相應的提高。筆者結合生產的實際情況,及與公司設計團隊的研討,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、電纜發泡層與外導體之間竄動;

1.5、發泡層粘貼在內導體上,無法清理;

1.6、內導體尺寸不符合要求;

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。特別是內導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、外導體材料的選型;

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

容的穩定性;

c. 提高內外導體的同心度,即控制電纜絕緣不發生偏心;

d. 控制內導體的公差要求。

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、外導體與電纜之間采用錫焊結構,筆者在生產現場也曾發現,由于裝配過失,外導體與電纜之間漏焊,導致連接失效。

b.對于編織網類電纜組件,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中裝配工裝的不合理、壓接套管設計、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接器開槽端口變形。導致失效。

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材料,使螺母易脫落。

b.加工時,螺母安裝卡環的溝槽槽深不夠,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定值,所以螺母(卡環)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、外導體同軸,保證連接器界面尺寸正確;

b.電纜的外導體與連接器內壁之間連接可靠,

c.焊接外導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。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合部位阻抗的匹配性。實際的生產過程中經常遇到駐波不良的現象,剖析不良品有很大部分原因是焊接處電纜的絕緣層燒壞。導致駐波不良。還有內導體焊接后有多余的錫渣、凸點,形成局部的電容。形成阻抗不匹配現象。

2.2.2 對三階交調的影響

首先裝配不到位,或者是結合不緊密,即接觸件之間沒有彈性接觸。都會造成傳輸信號的不連續,這是三階交調不良的主要因素。再者在使用高頻焊接設備時工藝參數的不準確、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(電鍍三元)較差的產品,連接器易“燒紅”對交調有重要的影響。最后,裝配時鏟除的絕緣子飛邊、銅屑。鍍Ag 件產品生產時不帶手指套操作,內、外導體表面氧化、臟污。這些都會造成交調不良。

3、設計的影響

3.1 阻抗問題

在理想的狀態下50Ω的連接器與50Ω的電纜進行裝配,電纜組件應該也在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象。這也給了我們的設計人員和電纜供應商相互推諉的借口,當出現駐波不良時經常聽到雙方各執一詞。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。在生產過程中筆者通過大量的試驗發現,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果完全不同。對電纜組件進行時域分析,發現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。筆者也在生產過程中總結出來一條定律: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 設計余量

設計人員在設計連接器之初是以適配標準電纜進行設計的,設計原則是阻抗匹配,但實際的生產中,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。在一定的范圍內波動,這就要求我們的設計人員在產品的批量制造之前,給出與之適配的電纜的技術指標。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品的性能。保證了產品的一

致性。

3.3 產品的可實現性

這里我說的產品的可實現性,只針對于產品是否利于裝配。內、外導體是否容易加工。尺寸的公差配合是否合理。在不增加制造成本的情況下,產品能否適合批量生產。一個好的設計人員首先應考慮到產品的可實現性。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. 優秀的設計

首先,是產品的可實現性,正如機械行業經常說的那樣的一句話“是先有裝配圖,還是現有零件圖”。如果產品不能實現,再完美的設計也只是鏡中花,水中月。一個優秀的設計人員應該基于工程、質量、生產為一身的結合體。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,留有足夠的設計余量。便于產品的實現。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,設計時應針對以下四點,

①電氣基準面接觸部位

②介質支撐部位

③導體臺階部位

④接電纜部位,進行精確的計算和補償。

另外,對絕緣支撐介質均勻性、重量都有很嚴格的要求,必要時要采用適當的擴頻方法來改善電性能。

2. 持續改進的工藝

工藝改進是無止境的,持續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無法實現,但是可以向這個目標靠近。例如,利用現有資源,通過工業工程改善,定人、定崗、定工種、定設備、定參數等等,減小人為因素造成的影響。

3. 準確的檢測

檢測是產品能否實現的評判標準,準確的檢測為設計人員提供有效的數據支撐。如三階交調,在優秀的設計,穩定的工藝基礎上,無法通過外觀、尺寸的測量來判斷交調的好壞,只能通過檢測才能判定。筆者在生產中也發現檢驗方法及工具的不統一都會造成誤判現象。特別是對高性能要求的產品這點尤為重要。故而,建議對于有高性能要求的客戶,我們應該定期將雙方測試設備進行比對校驗。從而降低測試誤差造成的批量產品不合格的風險。

四、結束語

筆者從產品的設計、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。共同學習!

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