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(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

摘要:從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)三個(gè)方面著手,對(duì)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(jìn)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(yè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展,現(xiàn)今,移動(dòng)通信正在向第三代(3G)、第四代(4G)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)邁進(jìn),從而對(duì)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(duì)電纜組件除了常規(guī)的駐波電氣性能有要求外,也逐漸對(duì)產(chǎn)品的三階交調(diào)、時(shí)域阻抗、時(shí)域故障點(diǎn)等性能也有相應(yīng)的提高。筆者結(jié)合生產(chǎn)的實(shí)際情況,及與公司設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的研討,針對(duì)于如何提高射頻同軸電纜組件的高性能、一致性做簡(jiǎn)要的分析,更便于后續(xù)工作的開(kāi)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(guān)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(fā)泡層與外導(dǎo)體之間竄動(dòng);

1.5、發(fā)泡層粘貼在內(nèi)導(dǎo)體上,無(wú)法清理;

1.6、內(nèi)導(dǎo)體尺寸不符合要求;

以上因素均會(huì)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(nèi)導(dǎo)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(nèi)、外導(dǎo)體材料的選型;

b. 擠壓絕緣的過(guò)程中,嚴(yán)格控制發(fā)泡的均勻性,提高發(fā)泡絕緣線芯直徑的均勻性、電

容的穩(wěn)定性;

c. 提高內(nèi)外導(dǎo)體的同心度,即控制電纜絕緣不發(fā)生偏心;

d. 控制內(nèi)導(dǎo)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(nèi)、外導(dǎo)體與電纜之間采用錫焊結(jié)構(gòu),筆者在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)也曾發(fā)現(xiàn),由于裝配過(guò)失,外導(dǎo)體與電纜之間漏焊,導(dǎo)致連接失效。

b.對(duì)于編織網(wǎng)類電纜組件,目前采用的方法是壓力機(jī)施加壓力使壓接套管塑性變形從而達(dá)到連接可靠的目的,但是由于在實(shí)際的生產(chǎn)中裝配工裝的不合理、壓接套管設(shè)計(jì)、原材料的選型錯(cuò)誤、來(lái)料不符和要求等等原因,都有可能造成壓接不緊密,導(dǎo)致連接失效。

c. 連接器界面尺寸錯(cuò)誤,輕微的造成性能不良,嚴(yán)重的情況下會(huì)造成測(cè)試轉(zhuǎn)接器開(kāi)槽端口變形。導(dǎo)致失效。

2.1.2 焊接失效(虛焊);

2.1.3 螺套脫落

a.選材不當(dāng),為降低成本,誤用非彈性的黃銅座卡環(huán)材料,使螺母易脫落。

b.加工時(shí),螺母安裝卡環(huán)的溝槽槽深不夠,連接時(shí)稍加力矩螺母即脫落。

c.使用人員在測(cè)試時(shí),沒(méi)有力矩扳手,而使用普通扳手來(lái)擰緊螺母,使擰緊力矩大大超過(guò)軍標(biāo)規(guī)定值,所以螺母(卡環(huán))遭到損壞而脫落。

無(wú)論連接方式如何,為達(dá)到連接的可靠性必須保證:

a.內(nèi)、外導(dǎo)體同軸,保證連接器界面尺寸正確;

b.電纜的外導(dǎo)體與連接器內(nèi)壁之間連接可靠,

c.焊接外導(dǎo)體時(shí)防止加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng),溫度過(guò)高破壞電纜絕緣層,無(wú)法滿足絕緣、耐壓要求;

2.2 對(duì)電氣性能的影響

2.2.1 對(duì)駐波比的影響

對(duì)于50Ω的射頻同軸連接器,它的設(shè)計(jì)原則是盡量保證每個(gè)橫截面阻抗在50Ω左右。同樣電纜的整個(gè)阻抗也在50Ω范圍內(nèi)。為保證整個(gè)電纜組件的匹配性,就必須在裝配的過(guò)程中保證電纜與連接器的結(jié)合部位阻抗的匹配性。實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常遇到駐波不良的現(xiàn)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(dǎo)致駐波不良。還有內(nèi)導(dǎo)體焊接后有多余的錫渣、凸點(diǎn),形成局部的電容。形成阻抗不匹配現(xiàn)象。

2.2.2 對(duì)三階交調(diào)的影響

首先裝配不到位,或者是結(jié)合不緊密,即接觸件之間沒(méi)有彈性接觸。都會(huì)造成傳輸信號(hào)的不連續(xù),這是三階交調(diào)不良的主要因素。再者在使用高頻焊接設(shè)備時(shí)工藝參數(shù)的不準(zhǔn)確、不確定、焊接工裝不合理,與連接器不同軸等等因素。對(duì)于一些電鍍工藝(電鍍?nèi)?較差的產(chǎn)品,連接器易“燒紅”對(duì)交調(diào)有重要的影響。最后,裝配時(shí)鏟除的絕緣子飛邊、銅屑。鍍Ag 件產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)不帶手指套操作,內(nèi)、外導(dǎo)體表面氧化、臟污。這些都會(huì)造成交調(diào)不良。

3、設(shè)計(jì)的影響

3.1 阻抗問(wèn)題

在理想的狀態(tài)下50Ω的連接器與50Ω的電纜進(jìn)行裝配,電纜組件應(yīng)該也在50 歐姆左右,這就是阻抗的匹配性,兩者任意一個(gè)因素的改變都會(huì)造成阻抗失衡的現(xiàn)象。這也給了我們的設(shè)計(jì)人員和電纜供應(yīng)商相互推諉的借口,當(dāng)出現(xiàn)駐波不良時(shí)經(jīng)常聽(tīng)到雙方各執(zhí)一詞。當(dāng)然有甄別好壞的方法。目前來(lái)說(shuō)用時(shí)域阻抗測(cè)試是廣泛使用的方法之一。在生產(chǎn)過(guò)程中筆者通過(guò)大量的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),即使是同樣一款連接器,用不同的電纜進(jìn)行裝配測(cè)出的駐波大相徑庭;

如上圖所示,用相同的工藝裝配出來(lái)的3 根電纜組件,用不同的電纜裝配處理的結(jié)果完全不同。對(duì)電纜組件進(jìn)行時(shí)域分析,發(fā)現(xiàn)采用阻抗高的電纜比阻抗低的電纜裝配出來(lái)的電氣性能(駐波比)較好,這也就告訴我們,在設(shè)計(jì)之初必須清楚的了解連接器的各個(gè)方面的特性,包括與什么樣的電纜適配可以達(dá)到最好的效果。筆者也在生產(chǎn)過(guò)程中總結(jié)出來(lái)一條定律:阻抗低的連接器適配阻抗高的電纜能夠相對(duì)較好的電纜組件。(有待考究)

3.2 設(shè)計(jì)余量

設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)連接器之初是以適配標(biāo)準(zhǔn)電纜進(jìn)行設(shè)計(jì)的,設(shè)計(jì)原則是阻抗匹配,但實(shí)際的生產(chǎn)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(nèi)波動(dòng),這就要求我們的設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品的批量制造之前,給出與之適配的電纜的技術(shù)指標(biāo)。為做到高性能、一致性,可以專門(mén)定制電纜。我說(shuō)的定制電纜不是說(shuō)越貴越好,而是適合于我們的連接器,例如設(shè)計(jì)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(chǎn)品的性能。保證了產(chǎn)品的一

致性。

3.3 產(chǎn)品的可實(shí)現(xiàn)性

這里我說(shuō)的產(chǎn)品的可實(shí)現(xiàn)性,只針對(duì)于產(chǎn)品是否利于裝配。內(nèi)、外導(dǎo)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(chǎn)品能否適合批量生產(chǎn)。一個(gè)好的設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)考慮到產(chǎn)品的可實(shí)現(xiàn)性。而不是閉門(mén)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(jié)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(rèn)為:

1. 優(yōu)秀的設(shè)計(jì)

首先,是產(chǎn)品的可實(shí)現(xiàn)性,正如機(jī)械行業(yè)經(jīng)常說(shuō)的那樣的一句話“是先有裝配圖,還是現(xiàn)有零件圖”。如果產(chǎn)品不能實(shí)現(xiàn),再完美的設(shè)計(jì)也只是鏡中花,水中月。一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人員應(yīng)該基于工程、質(zhì)量、生產(chǎn)為一身的結(jié)合體。不要求都精通,但是必須懂得各方面原理。

其次,會(huì)利用先進(jìn)的仿真工具、測(cè)試儀器輔助手段快速分析和解決問(wèn)題。

最后,留有足夠的設(shè)計(jì)余量。便于產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)。知道連接器各方面的性能,與什么樣的電纜匹配可以達(dá)到最佳效果。

綜上,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)針對(duì)以下四點(diǎn),

①電氣基準(zhǔn)面接觸部位

②介質(zhì)支撐部位

③導(dǎo)體臺(tái)階部位

④接電纜部位,進(jìn)行精確的計(jì)算和補(bǔ)償。

另外,對(duì)絕緣支撐介質(zhì)均勻性、重量都有很嚴(yán)格的要求,必要時(shí)要采用適當(dāng)?shù)臄U(kuò)頻方法來(lái)改善電性能。

2. 持續(xù)改進(jìn)的工藝

工藝改進(jìn)是無(wú)止境的,持續(xù)改進(jìn)的最終階段全自動(dòng)化。將人為因素降至最低。就目前來(lái)說(shuō)短時(shí)間內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn),但是可以向這個(gè)目標(biāo)靠近。例如,利用現(xiàn)有資源,通過(guò)工業(yè)工程改善,定人、定崗、定工種、定設(shè)備、定參數(shù)等等,減小人為因素造成的影響。

3. 準(zhǔn)確的檢測(cè)

檢測(cè)是產(chǎn)品能否實(shí)現(xiàn)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn),準(zhǔn)確的檢測(cè)為設(shè)計(jì)人員提供有效的數(shù)據(jù)支撐。如三階交調(diào),在優(yōu)秀的設(shè)計(jì),穩(wěn)定的工藝基礎(chǔ)上,無(wú)法通過(guò)外觀、尺寸的測(cè)量來(lái)判斷交調(diào)的好壞,只能通過(guò)檢測(cè)才能判定。筆者在生產(chǎn)中也發(fā)現(xiàn)檢驗(yàn)方法及工具的不統(tǒng)一都會(huì)造成誤判現(xiàn)象。特別是對(duì)高性能要求的產(chǎn)品這點(diǎn)尤為重要。故而,建議對(duì)于有高性能要求的客戶,我們應(yīng)該定期將雙方測(cè)試設(shè)備進(jìn)行比對(duì)校驗(yàn)。從而降低測(cè)試誤差造成的批量產(chǎn)品不合格的風(fēng)險(xiǎn)。

四、結(jié)束語(yǔ)

筆者從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、工藝保證等幾個(gè)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(xiàng)艱苦的工作,需要不斷的積累與摸索。上述僅為筆者的個(gè)人觀點(diǎn)。不盡正確,有問(wèn)題請(qǐng)斧正。共同學(xué)習(xí)!

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