沙 奔，馮永芳

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009)

1 引言

目前，隨著通信事業(yè)的發(fā)展，射頻電纜組件在音頻、視頻領(lǐng)域和微波系統(tǒng)中起著重要的作用，尤其射頻半剛電纜組件以其優(yōu)越的電氣性能、環(huán)境適應性及機械結(jié)構(gòu)可靠性，被廣泛的應用于各個領(lǐng)域中。本文提出的小型射頻穩(wěn)相半剛電纜組件，是按照用戶要求開發(fā)的一款集成兩路射頻信號為一體的高性能射頻穩(wěn)相半剛電纜組件。

2 研制過程

(一)技術(shù)指標

該射頻穩(wěn)相半剛電纜組件的主要技術(shù)指標見表1。

表1 技術(shù)指標

(二)結(jié)構(gòu)設(shè)計

電纜的選用及連接方式：

依據(jù)產(chǎn)品的主要技術(shù)指標，選用型號為UT-085C-LL的2#半剛穩(wěn)相電纜，該電纜的機械結(jié)構(gòu)如表2所示。

表2 UT-085CC-LL電纜結(jié)構(gòu)

該產(chǎn)品的技術(shù)指標中對重量和衰減有較高要求，而電纜的這兩項指標往往對整個產(chǎn)品的重量和衰減起到?jīng)Q定性作用，所以需要對其進行考慮，UT-085C-LL電纜的技術(shù)指標如表3所示。

表3 UT-085C-LL電纜技術(shù)指標

UT-085C-LL電纜外導體和中心導體材料均為銅合金，絕緣體為聚四氟乙烯，采用繞包方式填充，決定了其外導體和中心導體與連接器連接方式只能采用焊接形式。中心連接器設(shè)計：

依據(jù)產(chǎn)品的外形尺寸圖，確定中心連接器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，左右兩側(cè)連接器對接端面均采用SMP系列產(chǎn)品插座半限位結(jié)構(gòu)(嚙合力≤9N，分離力≥2.2N)。

該產(chǎn)品設(shè)計過程中所使用的材料及其重量如表4所示。

表4 中心連接器材料及重量

該電纜組件中電纜的使用長度僅為21.1mm，從工藝角度很難完成要求的彎曲結(jié)構(gòu)，只能從連接器的結(jié)構(gòu)設(shè)計入手來確保電纜斜出線，經(jīng)過多次結(jié)構(gòu)設(shè)計分析后，采用圖1所示的外導體裝線孔傾斜的設(shè)計方式實現(xiàn)電纜的傾斜出線，且該設(shè)計結(jié)構(gòu)能夠加工實現(xiàn)。

圖1 中心連接器及外導體裝線孔斜開結(jié)構(gòu)圖

兩側(cè)連接器設(shè)計：

依據(jù)產(chǎn)品的外形尺寸圖，確定兩側(cè)連接器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，對接端采用彈性插針結(jié)構(gòu)。

圖2 兩側(cè)連接器外形結(jié)構(gòu)圖

該產(chǎn)品設(shè)計過程中所使用的材料及其重量如表5所示。

表5 兩側(cè)連接器材料及重量

依據(jù)使用要求，兩端連接器對接端采用彈性插針結(jié)構(gòu)(如圖3(a)所示)，該插針與φ1.0的標準試驗剛性插孔測分離力，分離力應為0.5N～1.5N；依據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)要求，兩側(cè)連接器的裝線孔同樣采用傾斜設(shè)計的方式，如圖3(b)所示。

(a)彈性插針結(jié)構(gòu)圖

(b) 兩側(cè)連接器外導體裝線孔斜開結(jié)構(gòu)圖圖3 彈性插針及斜開結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)上述數(shù)據(jù)可理論上計算出整套電纜組件的總重量為(21.1mm×2.09kg/100m)+0.824g+0.742g=2.0g<4g，電纜組件的重量理論上技術(shù)指標要求。

(三)性能仿真

考慮到該小型半剛電纜組件結(jié)構(gòu)的復雜性，在連接器設(shè)計時，通過仿真對整套電纜組件建立模型，并設(shè)置端口、邊界條件、網(wǎng)格剖分、計算精度以及頻率范圍等參數(shù)。通過仿真將影響電纜組件電壓駐波比的幾個關(guān)鍵尺寸一一進行優(yōu)化，如圖4所示。

圖4 仿真模型及結(jié)果

可以看出在頻段8GHz～10GHz范圍內(nèi)，電壓駐波比VSWR≤1.045，理論上滿足技術(shù)要求，因此確定整套電纜組件的結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 電纜組件結(jié)構(gòu)圖

3 工藝控制

由于電纜組件中間及兩側(cè)所使用連接器尾部蓋板均采用與外導體過盈配合的裝配方式，在劇烈振動或惡劣環(huán)境條件下存在脫出的風險，因此壓配蓋板后需要從工藝角度增強蓋板與外導體之間配合的可靠性。本項目的電纜組件在壓配連接器蓋板后，在制作工序上增加搪錫要求。

圖6 蓋板與外導體配合處搪錫處理

由于用戶對電纜組件的空間結(jié)構(gòu)尺寸具有較高的要求，而在焊接電纜過程中的隨意性較大，無法確保電纜組件的空間結(jié)構(gòu)尺寸。因此，我們根據(jù)電纜組件的應用方式、結(jié)構(gòu)形式和空間位置的要求，在保證下線一致性的基礎(chǔ)上，設(shè)計了電纜組件焊接定位工裝和模擬安裝夾具。在焊接過程，為了保證電纜組件的空間結(jié)構(gòu)，每道工序都采用專用焊接定位工裝，并經(jīng)過嚴格檢驗，再轉(zhuǎn)入下道工序；在焊接完成后，還需用模擬安裝夾具進行電纜組件安裝，以確保其空間結(jié)構(gòu)尺寸能夠滿足使用要求。

由于客戶對電纜組件相位一致性具有要求，在調(diào)整好單端相位一致性的情況下，半剛電纜的剝線尺寸控制就十分重要，它將直接影響到射頻電纜組件的最終相位。頻率在10.4GHz的時候，UT-085C-LL電纜單端口相位1°對應的長度為0.07mm(由下式計算可得)。

其中，λ——波長；

c——光速，其值為3×108m/s；

f——頻率，單位為GHz；

ε——絕緣介質(zhì)的相對介電常數(shù)；

l——每度對應的機械長度，單位為mm。

因此，相等長度的電纜，剝線尺寸稍有超差，就會導致相位超出范圍。本項目中電纜組件在制作時，使用專用工裝進行定位、剝線，然后焊接電纜芯線，測量電纜組件性能，當性能滿足技術(shù)要求后，再進行外導體焊接。

因此，相等長度的電纜，剝線尺寸稍有超差，就會導致相位超出范圍。本項目中電纜組件在制作時，使用專用工裝進行定位、剝線，然后焊接電纜芯線，測量電纜組件性能，當性能滿足技術(shù)要求后，再進行外導體焊接。

4 產(chǎn)品性能測試及結(jié)構(gòu)驗證

(一)性能測試

利用網(wǎng)絡(luò)分析儀對該半剛電纜組件的相位、駐波和插入損耗進行測量，測量數(shù)據(jù)如表6所示，測試結(jié)果均在技術(shù)要求范圍之內(nèi)。

表6 產(chǎn)品性能測試數(shù)據(jù)

對上述進行測試的電纜組件重量進行測試，結(jié)果其重量均≤2.7g<4g，不但滿足要求，而且遠遠低于指標要求的重量指標。

(二)結(jié)構(gòu)驗證

為了確定電纜組件設(shè)計結(jié)構(gòu)的可靠性、高低溫環(huán)境下性能的穩(wěn)定性及耐腐蝕形，對該電纜組件分別進行了高頻振動試驗、溫度沖擊試驗、鹽霧試驗。

按GJB360B-2009方法204的條件B規(guī)定對電纜組件進行高頻振動試驗。在三個互相垂直的方向上進行掃描，每個方向掃頻3次，每次掃頻時間10分鐘。試驗時組件一端連接器內(nèi)、外導體之間施加不小于100mA的恒流源，另一端連接器接入能檢測出電流中斷時間間隔為1μs或優(yōu)于1μs的檢測儀(例如瞬時中斷檢測儀)，監(jiān)視試驗過程中受試組件內(nèi)導體和外導體的電氣連續(xù)性。試驗過程中未發(fā)現(xiàn)內(nèi)外導體超過1μs的電氣中斷，無外觀或機械損傷現(xiàn)象，符合試驗要求。

按GJB360B-2009方法107的條件B規(guī)定進行試驗，試驗溫度為-55℃～+125℃，極限溫度下各保持0.25h，循環(huán)次數(shù)5次。試驗后將電纜組件恢復至環(huán)境溫度，產(chǎn)品的外觀無損傷，電性能及機械性能符合技術(shù)要求。

按GJB360B-2009方法101的條件B(48h)規(guī)定進行試驗。暴露后，應按GJB360A-1996方法101的規(guī)定將組件進行沖洗晃動，并輕輕刷擦，允許電纜組件在40℃的條件下干燥24h。然后檢查電纜組件的表面及兩端的連接器界面是否有腐蝕、斑點現(xiàn)象。試驗后，電纜組件無腐蝕、斑點現(xiàn)象，符合試驗要求。

通過上述試驗確定了該小型半剛射頻穩(wěn)相電纜組件結(jié)構(gòu)可靠、性能穩(wěn)定、環(huán)境適應性強，可使用于各種高可靠性微波設(shè)備中。

5 結(jié)論

本文介紹了一款小型半剛射頻穩(wěn)相電纜組件的設(shè)計過程、結(jié)構(gòu)特征，通過對實物進行產(chǎn)品性能測試和結(jié)構(gòu)驗證，證明了該電纜組件設(shè)計方法的正確性；其次，文中提出了該電纜組件制作過程中的工藝關(guān)鍵點及其控制措施，指出了射頻電纜組件的結(jié)構(gòu)及性能不僅僅是設(shè)計的問題，還需要工藝來保證。本文設(shè)計的小型半剛射頻穩(wěn)相電纜組件性能和可靠性滿足技術(shù)要求，且經(jīng)使用，效果良好。