杜光琴，崔 璇

(陜西華達(dá)科技股份有限公司，陜西西安，710065)

1 概述

射頻同軸連接器由于其體積小、射頻電性能指標(biāo)優(yōu)越等特點(diǎn)，在航空航天等系統(tǒng)部件領(lǐng)域中被廣泛選用。尤其是氣密封連接器由于其良好的密封性能實(shí)現(xiàn)整機(jī)模塊或艙內(nèi)外密封連接，在航空航天連接器中被大量使用。如果在使用過程中發(fā)生微放電現(xiàn)象，使系統(tǒng)的電性能降低進(jìn)而影響整機(jī)信號(hào)的傳輸質(zhì)量，甚至可能造成整個(gè)系統(tǒng)部件的失效。如何保證連接器使用時(shí)避免微放電效應(yīng)發(fā)生是密封連接器微放電效應(yīng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

2 主要技術(shù)性能指標(biāo)

產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)如下：

b)頻率范圍：DC～6GHz；

c)介質(zhì)耐電壓：1000V.rms；

d)電壓駐波比(VSWR)： VSWR≤1.2；

e)接觸電阻：≤15mΩ(中心接觸件)，≤3.0mΩ(外接觸件)；

f)絕緣電阻：≥5000MΩ；

g)氣密封：漏率≤101.3×10-5Pa·cm3/s；

h)微放電：頻率：8GHz，連續(xù)波功率10W；

微課的原型是美國(guó)愛荷華大學(xué)LeRoy.A.McGrew教授提出的“60秒有機(jī)化學(xué)課程”，他希望憑借這樣的手段為公眾普及化學(xué)相關(guān)知識(shí)。之后英國(guó)納皮爾大學(xué)的T.P.Kee提出了一分鐘演講，使學(xué)生加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解，避免知識(shí)的片面性。2006年，薩爾曼·可汗創(chuàng)立了第一家以網(wǎng)絡(luò)為載體進(jìn)行視頻授課的非營(yíng)利性教育組織——可汗學(xué)院。2008年，美國(guó)新墨西哥州圣胡安學(xué)院的高級(jí)教學(xué)設(shè)計(jì)師David Penrose率先提出微課概念以及構(gòu)建微課的五個(gè)具體步驟。

i)耐輻照：總劑量1×107rad(Si)，劑量率50～300rad(Si)/s。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

產(chǎn)品要求氣密封，耐輻照為1×107rad(Si)，常規(guī)的SMA氣密封微帶連接器結(jié)構(gòu)如圖1所示，連接器外殼整體采用可伐合金，與內(nèi)導(dǎo)體(可伐合金加工)以及玻璃進(jìn)行燒結(jié)，在外導(dǎo)體內(nèi)形成玻璃燒結(jié)段，連接器插孔與燒結(jié)組件內(nèi)導(dǎo)體采用彈性插合的方式。插孔、外殼外圓上有倒刺，通過與絕緣子壓配固定。

圖1 常規(guī)SMA氣密封產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸示意圖

而產(chǎn)品與配接連接器軸向安裝空間小，現(xiàn)有的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)無法滿足要求，故采用反極性結(jié)構(gòu)，內(nèi)導(dǎo)體、外導(dǎo)體和玻璃直接通過玻璃高溫?zé)Y(jié)為一體，保證產(chǎn)品的密封性和可靠性。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖2所示:

圖2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)尺寸示意圖

3.2 氣密封的設(shè)計(jì)

內(nèi)導(dǎo)體、外殼的材料相同，均選用鐵鈷鎳玻璃封接合金4J29，因?yàn)檫@種材料屬于定膨脹合金，其線性膨脹系數(shù)比較穩(wěn)定，并且使用廣泛。在-70℃到300℃的溫度范圍內(nèi)，4J29膨脹系數(shù)的平均值為45～55×10-7/℃。玻璃粉的材料選擇7070玻璃粉。首先7070玻璃粉化學(xué)穩(wěn)定性能和熱穩(wěn)定性能都比較高，絕緣性能良好，介電常數(shù)低，加工后性能穩(wěn)定；其次在室溫到300℃的溫度變化時(shí)7070玻璃粉的線膨脹系數(shù)為48～50×10-7/℃，與內(nèi)導(dǎo)體和外殼的材料4J29線膨脹系數(shù)接近，這樣在封接過程中減小了應(yīng)力的產(chǎn)生，從而避免燒結(jié)處的開裂；最后7070玻璃粉的潤(rùn)濕性能好，保證了與金屬4J29的結(jié)合強(qiáng)度。

3.3 電壓駐波比的設(shè)計(jì)

① 根據(jù)特性阻抗公式確定內(nèi)外導(dǎo)體尺寸。

② 利用HFSS仿真軟件對(duì)密封連接器的電壓駐波比的界面尺寸、傳輸段尺寸及內(nèi)外導(dǎo)體過渡段的補(bǔ)償尺寸進(jìn)行優(yōu)化仿真。同時(shí)要考慮參數(shù)在極限狀態(tài)對(duì)仿真結(jié)果的影響，如內(nèi)、外導(dǎo)體的的公差范圍，當(dāng)取不同的公差取向，仿真結(jié)果不同。仿真模型如圖3所示。仿真結(jié)果如圖4所示：

圖3 密封連接器的建模

圖4 電壓駐波比仿真結(jié)果

產(chǎn)品加工完成后，對(duì)加工完成產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試，對(duì)測(cè)試曲線進(jìn)行時(shí)域分析，在用優(yōu)化軟件對(duì)曲線進(jìn)行擬合，逆向?qū)ふ艺嬲绊懸蛩厮?，從而調(diào)整優(yōu)化參數(shù)。

3.4 微放電的設(shè)計(jì)

連接器進(jìn)行微放電設(shè)計(jì)時(shí)，首先要明確產(chǎn)品的工作條件，如使用的頻率范圍，射頻功率等；其次，盡量提高連接器的負(fù)載能力，留有足夠的功率容限，即微放電設(shè)計(jì)余量。

1)金屬零件鍍層的確定

如圖5所示，不同材料的微放電間隙電壓峰值曲線。金屬零件的表面處理是影響微放電的一個(gè)重要因素，由于不同表面材料具有不同的二次電子發(fā)射系數(shù)，材料的二次發(fā)射系數(shù)越小，則微放電效應(yīng)閾值越大。金屬件表面鍍金或銀時(shí)，二次電子的發(fā)射系數(shù)較小?？紤]產(chǎn)品的鹽霧，耐久性等特性，最終產(chǎn)品外殼和內(nèi)導(dǎo)體采用鎳打底鍍金。

圖5 微放電閾值曲線圖

2)鍍層質(zhì)量的保證

產(chǎn)品的鍍層質(zhì)量直接影響產(chǎn)品微放電、鹽霧及絕緣電阻等要求，為了保證產(chǎn)品的鍍層質(zhì)量，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制：

①鍍前確保玻璃表面清洗干凈，為了保證內(nèi)導(dǎo)體尾部尺寸及產(chǎn)品燒結(jié)后的同軸度，玻璃燒結(jié)時(shí)采用石墨夾具，所以燒結(jié)后的玻璃表面會(huì)殘留一些石墨粉，同時(shí)產(chǎn)品的內(nèi)外導(dǎo)體間的距離短，如果這些石墨粉在鍍前未清洗干凈，隨后在電鍍時(shí)殘留的石墨粉因?qū)щ姇?huì)沉積上鍍層，降低產(chǎn)品的微放電功率值及絕緣電阻；

②調(diào)整電流密度使鍍層厚度分布均勻，由于產(chǎn)品的外殼與內(nèi)導(dǎo)體為一整體燒結(jié)結(jié)構(gòu)，在電鍍時(shí)由于外殼的屏蔽作用，內(nèi)導(dǎo)體表面的電流密度容易分布不均勻，使內(nèi)導(dǎo)體表面鍍層的均勻度差，產(chǎn)品在電鍍時(shí)，通過多次試驗(yàn)，調(diào)整電流密度，保證內(nèi)導(dǎo)體表面鍍層的一致性。

3)連接器清潔度的保證

當(dāng)連接器中清潔度不夠時(shí)，存在污染物時(shí)，減小了獲得一個(gè)單位次級(jí)發(fā)射系數(shù)所需的原電子能級(jí)，從而降低了微放電的閾值。為了保證連接器實(shí)際承受的功率值接近于理論計(jì)算閾值，應(yīng)對(duì)連接器的清潔度進(jìn)行保證。

①裝配車間要清潔，保證轉(zhuǎn)接器裝配在溫度范圍5℃～40℃，相對(duì)濕度≤75%的凈化間中進(jìn)行，避免環(huán)境因素造成的多余物影響。制定有效的工藝方法，去除裝配前、后零件的多余物；

②裝配前，進(jìn)行零件的超聲波清洗，清洗后的零件利用內(nèi)窺鏡進(jìn)行檢查(如圖6)，對(duì)不易發(fā)現(xiàn)和清洗的微小毛刺和多余物進(jìn)行處理，若無法清理則直接剔除零件；

圖6 內(nèi)窺鏡檢查

③ 產(chǎn)品包裝時(shí)的包裝袋和包裝盒的材料不具有揮發(fā)性，時(shí)間長(zhǎng)后不老化，不能起毛，不能掉渣。

4 產(chǎn)品試驗(yàn)情況

按照確定的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行了產(chǎn)品的生產(chǎn)。產(chǎn)品生產(chǎn)出來后，我們對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行常規(guī)電性能檢測(cè)，測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示，產(chǎn)品常規(guī)性能測(cè)試合格。同時(shí)進(jìn)行了微放電測(cè)試，測(cè)試結(jié)果合格。

表1 常規(guī)電性能指標(biāo)測(cè)試

5 結(jié)束語(yǔ)

由于產(chǎn)品具有體積小、重量輕、低損耗、低駐波、密封性好、高可靠等特點(diǎn)，使其能夠廣泛應(yīng)用于微波通訊、航天航海、武器系統(tǒng)及微波測(cè)量設(shè)備等領(lǐng)域。該產(chǎn)品目前用于國(guó)家重點(diǎn)工程項(xiàng)目中，現(xiàn)已上機(jī)測(cè)試使用反應(yīng)良好。并實(shí)現(xiàn)了良好的經(jīng)濟(jì)效益。