黃森，李亞南

（蘇州華旃航天電器有限公司，江蘇 蘇州 215004）

近年來(lái)，隨著我國(guó)航天事業(yè)的快速發(fā)展，射頻連接器越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在系統(tǒng)間的射頻信號(hào)的傳輸，它的可靠性直接影響或決定著整機(jī)或者系統(tǒng)的可靠性。射頻連接器的可靠性取決于材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工過(guò)程工藝控制、檢測(cè)技術(shù)等。在設(shè)計(jì)階段，充分考慮影響因素并采取措施，可以有效提高產(chǎn)品的固有可靠性和使用可靠性。

1 宇航用射頻連接器可靠性要求

宇航用射頻連接器的可靠性要求主要來(lái)源于GJB5021《高可靠射頻連接器通用規(guī)范》以及整機(jī)設(shè)備環(huán)境的具體使用要求。

1.1 GJB5021 規(guī)定的可靠性要求

GJB5021 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的可靠性要求分為常規(guī)電氣性能和宇航環(huán)境要求。常規(guī)性能主要包括頻率范圍、電壓駐波比、射頻插入損耗、屏蔽效果、介質(zhì)耐電壓、電暈電平、接觸電阻等電氣性能，中心接觸件的固定性、嚙合力和分離力、連接器的耐久性、連接器的耐力矩、連接機(jī)構(gòu)保持力、電纜保持力、安全絲孔強(qiáng)度等機(jī)械性能以及工作溫度、耐鹽霧、可焊性等其他性能。宇航常規(guī)環(huán)境要求主要有真空放電、微放電、熱真空釋氣、可燃性、氣味、毒氣和耐輻照等要求。

1.2 整機(jī)設(shè)備可靠性要求

整機(jī)設(shè)備對(duì)元器件提出的可靠性要求主要有元器件評(píng)估和應(yīng)用驗(yàn)證，其中元器件評(píng)估包括結(jié)構(gòu)分析、功能性分析、極限能力分析，以評(píng)估產(chǎn)品的可靠性。

1.2.1 元器件評(píng)估

（1）結(jié)構(gòu)分析。結(jié)構(gòu)分析是通過(guò)一系列破壞性和非破壞性檢驗(yàn)、分析和試驗(yàn)，對(duì)連接器進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，對(duì)其設(shè)計(jì)、工藝和材料等滿足評(píng)價(jià)要求和相關(guān)宇航應(yīng)用要求的能力進(jìn)行確認(rèn)。結(jié)構(gòu)分析是產(chǎn)品可靠性的一個(gè)關(guān)鍵和前提，通過(guò)結(jié)構(gòu)分析能夠基本判斷一個(gè)產(chǎn)品的可靠性水平，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一系列的試驗(yàn)予以確認(rèn)。

（2）功能性分析。功能性分析一般包括結(jié)構(gòu)尺寸，電性能，機(jī)械性能。

①結(jié)構(gòu)尺寸。結(jié)構(gòu)尺寸包含連接器的外形尺寸和界面尺寸，界面尺寸必須滿足GJB 5246 的規(guī)定。

②電性能。電性能包括常溫常壓電性能和全溫度范圍電性能。常溫常壓電性能按照GJB5021 相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試即可。全溫度范圍電性能的溫度點(diǎn)一般有-65℃、-40℃、-20℃、0℃、40℃、60℃、80℃、100℃和125℃等。通過(guò)全溫度范圍的電性能測(cè)試和分析，可以得出產(chǎn)品在整個(gè)溫度區(qū)間使用時(shí)，電性能的變化規(guī)律。全溫度范圍的性能分析是驗(yàn)證產(chǎn)品在整個(gè)使用溫度區(qū)間能否正常工作以及產(chǎn)品可靠性的重要手段。

③機(jī)械性能。一般針對(duì)電纜連接器會(huì)有電纜保持力的測(cè)試，測(cè)試后測(cè)量常溫常壓下電纜組件的介質(zhì)耐電壓、絕緣電阻、電壓駐波比和插入損耗等。

（3）極限能力分析。極限能力分析主要為了考核再各種極限情況下連接器的失效情況。極限能力越高，產(chǎn)品的冗余度就越高，可靠性就越高。極限能力主要包括電應(yīng)力工作極限、溫度應(yīng)力極限、機(jī)械應(yīng)力極限、鍍層質(zhì)量極限和壽命考核強(qiáng)化試驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)均為在正常的標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上繼續(xù)增加要求，直到產(chǎn)品失效或者達(dá)到一定程度（設(shè)備極限等）。

1.2.2 應(yīng)用驗(yàn)證

應(yīng)用驗(yàn)證主要針對(duì)連接器在宇航空間使用的復(fù)雜性和嚴(yán)酷性，需要結(jié)合空間環(huán)境的實(shí)際要求，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行裝接工藝適應(yīng)性驗(yàn)證，以確定外界的溫度應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力對(duì)連接器的功能和性能的影響。主要溫度環(huán)境試驗(yàn)有熱循環(huán)，機(jī)械性能試驗(yàn)有正弦振動(dòng)、隨機(jī)振動(dòng)和沖擊試驗(yàn)，具體的試驗(yàn)參數(shù)應(yīng)按照實(shí)際空間使用的環(huán)境給出，以做出針對(duì)性的驗(yàn)證。

3 連接器的可靠性設(shè)計(jì)

針對(duì)宇航環(huán)境的高可靠性要求，連接器的設(shè)計(jì)應(yīng)主要從材料選用和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩方面進(jìn)行。

3.1 材料選擇

宇航材料的選擇應(yīng)滿足零件功能要求、質(zhì)量輕、耐環(huán)境、滿足特殊要求、高壽命、良好的工藝成型能力等。材料選擇主要參考GJB5021 中表1 關(guān)鍵殼件和中心接觸件材料和表面處理要求，并結(jié)合連接器的具體要求來(lái)確定。

（1）接觸件材料選擇。接觸件主要指內(nèi)導(dǎo)體，內(nèi)導(dǎo)體包括插針和插孔。為了使產(chǎn)品具有更高的可靠性要求，一般應(yīng)選用鈹青銅作為接觸件的材料。鈹青銅接觸件承受高應(yīng)力時(shí)能無(wú)屈服變形或斷裂，維持長(zhǎng)期的高應(yīng)力狀態(tài)而不松弛，在有限的空間內(nèi)能提供最大的力，并且具有高的導(dǎo)電率和熱導(dǎo)率、優(yōu)良的抗腐蝕性和良好的工藝性能。

（2）殼體材料選擇。殼體主要包括連接螺套，外導(dǎo)體，焊接套筒，連接螺母等。殼體材料應(yīng)保證低滲透性，能阻止在材料中形成磁場(chǎng)。根據(jù)GJB5021 表1 要求，一般優(yōu)選不銹鋼和銅合金材料，不銹鋼具有更高的機(jī)械強(qiáng)度。螺套和外導(dǎo)體因?yàn)橐M(jìn)行界面對(duì)接，至少要滿足500 次嚙合和分離要求，選用不銹鋼可以具有更高的機(jī)械強(qiáng)度。焊接套筒用于固定電纜，必須具有良好的焊接性能，一般表面處理會(huì)鍍金，而銅合金表面鍍金會(huì)具有良好的結(jié)合力和可焊性，選用鈹青銅材料。連接螺母起固定作用，需要一定的固定力矩進(jìn)行擰緊，選用不銹鋼材料。

（3）非金屬材料。非金屬材料包括介質(zhì)體，補(bǔ)償介質(zhì)，密封圈，除了應(yīng)滿足常規(guī)電氣和機(jī)械要求，還應(yīng)滿足宇航環(huán)境要求（熱真空釋氣、氣味和毒氣、可燃性）。介質(zhì)體和補(bǔ)償介質(zhì)均為射頻傳輸系統(tǒng)的一部分，均采用射頻常用的聚四氟乙烯材料。聚四氟乙烯具有優(yōu)良的電氣性能、熱穩(wěn)定性和不易燃性，滿足宇航環(huán)境要求。密封圈起到界面密封的作用，一般選用硅橡膠材料，硅橡膠材料具有優(yōu)良的熱和化學(xué)穩(wěn)定性，且在極寬的溫度范圍內(nèi)具有高而較恒定的柔軟性。

（4）鍍層材料。宇航用連接器的殼體、接觸件等零件，為保證常閉合狀態(tài)下低電平電路接觸件能可靠工作，對(duì)表面均需進(jìn)行電鍍。不銹鋼材料采用鈍化方式進(jìn)行表面處理，使表面形成一層保護(hù)膜，以提高零件的抗鹽霧能力。銅合金材料一般采用鎳打底，然后，以鍍金的方式進(jìn)行表面處理。

3.2 連接器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

連接器的可靠性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)分為三部分：連接器界面設(shè)計(jì)、螺套與外導(dǎo)體的連接和連接器與電纜的連接。

（1）連接器界面設(shè)計(jì)。連接器界面首先應(yīng)滿足GJB5246的界面尺寸要求，保證能夠與同類產(chǎn)品互換。因GJB5246 的界面尺寸要求為通用要求，真正進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)一步明確部分細(xì)節(jié)，如關(guān)鍵尺寸的公差、插孔的開(kāi)槽方式等，這些細(xì)節(jié)往往決定連接器對(duì)接是否順暢，是否能夠滿足嚙合力和分離力的要求，甚至影響使用壽命。

（2）螺套與外導(dǎo)體的連接。宇航用連接器一般以螺紋連接器為主，如TNC 和SMA 系列，螺紋連接器一般為螺套通過(guò)卡圈與殼體進(jìn)行連接，螺套能夠旋轉(zhuǎn)自如。按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，螺套有三種力矩，按照力矩從小到大依次是嚙合力和分離力、擰緊力矩、耐力矩。為了提高產(chǎn)品的可靠性，還應(yīng)驗(yàn)證產(chǎn)品的極限力矩，并應(yīng)有一定的余量。

（3）連接器與電纜的連接。射頻連接器的內(nèi)導(dǎo)體與電纜芯線一般有三種連接方式：壓接、彈性插入式和焊接。壓接是在內(nèi)導(dǎo)體壓接區(qū)域施加機(jī)械壓力，使其局部發(fā)生塑性形變，使電纜芯線被緊密、牢固的固定在內(nèi)導(dǎo)體壓接孔內(nèi)。壓接是快速而且可靠的固定方法，但電氣性能有所降低。插入式是一種不牢靠卻快速的固定方式，適合于可重復(fù)性電氣性能情況下及電纜芯線外徑較大時(shí)。與其他方法相比，這種接觸方法不受高溫影響，且?guī)缀醪皇芪灰朴绊?。三種連接方式以焊接的可靠性最高，一旦焊接完成，性能非常穩(wěn)定且能夠承受較殘酷的機(jī)械和溫度環(huán)境，因此，一般優(yōu)選焊接方式用于內(nèi)導(dǎo)體和電纜芯線的連接。同樣，外導(dǎo)體與電纜屏蔽層的連接也應(yīng)用焊接方式進(jìn)行。

4 連接器的可靠性使用

連接器如果不正確使用，即使一個(gè)可靠性高的產(chǎn)品，同樣會(huì)變成不可靠。連接器使用時(shí)，應(yīng)首先了解連接器的機(jī)械使用要求，電氣使用要求和環(huán)境使用要求。機(jī)械使用要求主要包括連接器插合和使用過(guò)程中的機(jī)械環(huán)境要求。螺紋連接器插合過(guò)程應(yīng)注意插合力和力矩的大小。產(chǎn)品應(yīng)在所能承受的機(jī)械環(huán)境范圍內(nèi)工作，如振動(dòng)、沖擊、離心等環(huán)境規(guī)定的范圍內(nèi)。電氣使用要求主要包括產(chǎn)品在規(guī)定使用頻率下的電壓駐波比、插入損耗、相位等要求的范圍內(nèi)使用，以及在規(guī)定的功率范圍內(nèi)，絕緣耐壓范圍內(nèi)使用。環(huán)境使用要求主要是要滿足規(guī)定的溫度，以及宇航環(huán)境的要求，長(zhǎng)時(shí)間通電的壽命要求。正常合理地使用一個(gè)連接器，才能避免產(chǎn)品在使用過(guò)程中一些明顯的損傷，并且也會(huì)減少一些潛在的隱患。對(duì)于宇航連接器的使用，可以編制使用說(shuō)明書(shū)或者應(yīng)用指南予以明確，以減少不當(dāng)使用。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，宇航用射頻連接器所有要求均緊緊圍繞高可靠的要求。為了滿足高可靠的要求，必須從連接器的材料、結(jié)構(gòu)和使用過(guò)程均選擇最優(yōu)的方案，避免潛在的隱患。