康甜甜

(陜西華達(dá)科技股份有限公司，陜西西安，710000)

1 引言

2.92型氣密封轉(zhuǎn)接器(以下簡稱轉(zhuǎn)接器)用于實現(xiàn)50MHz～40GHz毫米波頻段的射頻信號傳輸，其典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。轉(zhuǎn)接器由內(nèi)導(dǎo)體、外導(dǎo)體、介質(zhì)支撐組成，其中內(nèi)導(dǎo)體為鈹青銅材質(zhì)的彈性件，外導(dǎo)體為可伐合金材質(zhì)的金屬件，介質(zhì)支撐由具備氣密封功能的玻璃構(gòu)成。由于轉(zhuǎn)接器傳輸段介質(zhì)種類較多，阻抗補償方式較多，需要研究恰當(dāng)?shù)难b配方法，使用工裝實現(xiàn)精確定位，確保裝配成品滿足設(shè)計意圖。

1PEI；2內(nèi)導(dǎo)體；3壓套；4襯套

2 設(shè)計要求

2.1 2.92型氣密封轉(zhuǎn)接器主要性能指標(biāo)

2.92型氣密封轉(zhuǎn)接器主要性能指標(biāo)如表1所示。

表1 主要性能指標(biāo)

2.2 傳輸段結(jié)構(gòu)分析

如圖2所示，傳輸段分為空氣段、混合介質(zhì)段和玻璃段三部分。

空氣段，外、內(nèi)導(dǎo)體直徑比接近2.3，符合經(jīng)典阻抗公式，阻抗約49.95Ω；混合介質(zhì)段由PEI(ε=3.15)和空氣組成，通過電磁仿真確定PEI和空氣的占比，該段阻抗約49.5Ω～49.9Ω；玻璃段由玻璃組成(ε=4.00)，外、內(nèi)導(dǎo)體直徑比5.3，阻抗50Ω。所以，傳輸段各段阻抗匹配50Ω。

1空氣段；2混合介質(zhì)段；3玻璃段；

空氣段與PEI過渡，通過在PEI上挖槽和打孔進行高阻補償，空氣段與玻璃段通過縮短插孔長度預(yù)留高阻補償。所以，傳輸段介質(zhì)過渡處均已補償。

2.3 關(guān)鍵工藝控制點

通過對傳輸段結(jié)構(gòu)的分析可知，傳輸段各段阻抗匹配。設(shè)計考慮內(nèi)導(dǎo)體采用一體結(jié)構(gòu)保證電連續(xù)性，并降低體電阻，所以PEI介質(zhì)需要切開裝配，PEI材料的切割方法和裝配方法影響內(nèi)外導(dǎo)體同軸度，進而影響電壓駐波比。

空氣與玻璃過渡處的高阻補償完全依賴于裝配后插孔與玻璃面間的距離，通過電磁仿真發(fā)現(xiàn)該尺寸對電壓駐波比影響很大。

由于轉(zhuǎn)接器使用頻率高達(dá)40GHz，連接器界面處引入的高阻肯定會對電壓駐波比造成影響。

綜上所述，影響轉(zhuǎn)接器電性能的工藝過程主要有：

(1)PEI介質(zhì)的裝配；

(2)空氣段與玻璃間補償長度的保證；

(3)轉(zhuǎn)接器界面尺寸的控制。

3 工藝過程分析

3.1 PEI介質(zhì)的裝配工藝

PEI設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖3所示，介質(zhì)兩端面設(shè)計有環(huán)形槽，在圓周方向均勻分布4個空氣孔，要求PEI從四孔對稱軸切開，考慮到切斷無法拼接還原的情況，切割時需要保留1/5連接。

圖3 PEI結(jié)構(gòu)示意圖

對PEI介質(zhì)的切割會形成切割縫隙，切割縫隙會導(dǎo)致裝配不同軸。對同軸連接器來說，同軸度的大小直接影響VSWR。假設(shè)不同軸度為e，如圖4所示。

圖4 不同軸示意圖

由于內(nèi)外導(dǎo)體不同軸，所產(chǎn)生的阻抗誤差為：

由電磁仿真可得：傳輸段阻抗在49.5Ω～50Ω時電壓駐波比滿足設(shè)計要求。因此由同軸度引起的阻抗誤差為49.75±0.25Ω，取ΔZ=0.25，D=3.1,d=0.8，計算得e≈0.097mm，即允許不同軸度為±0.097mm。

根據(jù)同軸度計算結(jié)果，我們采用小縫隙切割法對PEI絕緣子進行切縫處理。切割效果如圖5所示。

圖5 PEI切割效果圖

將20只切割后的絕緣子與插孔裝配后計量同軸度，數(shù)據(jù)如圖6所示。

圖6 同軸度計量數(shù)據(jù)

a)空氣段與玻璃間的補償長度的保證

如圖7所示，連接器設(shè)計時考慮到不同介質(zhì)過渡造成的阻抗突變，在此處預(yù)留了高阻補償，根據(jù)仿真參掃的結(jié)果(如圖8所示)可知，L=0.02mm～0.06mm時，電壓駐波比符合設(shè)計要求。

圖7 高阻補償位置

圖8 參掃駐波對比

為了保證裝配尺寸L滿足0.02mm～0.06mm的要求，機加工藝需要嚴(yán)格控制零件尺寸，減小裝配累積公差。將裝配定位面更改為外殼孔底，并要求孔底清根。尺寸鏈計算如圖9所示,L=B-A1-A2=0.06，L最大尺寸為0.06mm，滿足設(shè)計要求。

圖9 尺寸鏈計算

b)轉(zhuǎn)接器界面尺寸的保證

1插孔組件；2襯套；3定位工裝

3.2 產(chǎn)品電壓駐波比實測結(jié)果

各取30套零件，按裝配工藝優(yōu)化前后各裝配30只轉(zhuǎn)接器，電壓駐波比測試對比如表2和表3所示，典型測試報告如圖11和圖12所示。

表2 裝配工藝優(yōu)化前測試結(jié)果

表3 裝配工藝優(yōu)化后測試結(jié)果

圖11 優(yōu)化前測試曲線 圖12 優(yōu)化后典型測試報告

從以上對比表可見，裝配工藝優(yōu)化前轉(zhuǎn)接器合格率30%，裝配工藝優(yōu)化后轉(zhuǎn)接器合格率96%，裝配改進措施有效，成品率顯著提升。

5 結(jié)論

本文通過對2.92型氣密封轉(zhuǎn)接器進行結(jié)構(gòu)分析，確定影響電性能的關(guān)鍵參數(shù)，針對關(guān)鍵參數(shù)控制，確定關(guān)鍵工藝過程。選擇合適的加工方法，確保零件滿足裝配要求；設(shè)計專用裝配工裝保證裝配精度；通過制定合理有效的裝配順序提高裝配的工藝性以及裝配成品的合格率，經(jīng)過小批量試制，工藝優(yōu)化措施有效。