浅谈射频同轴连接器电缆组件高性能、一致性的影响因素

2016-09-22 by:CAE仿真在线来源:互联网

摘要:从产品的设计、制造、检测三个方面着手,对影响射频同轴连接器电缆组件高性能、一致性的影响因素进行分析。探讨制造高性能电缆组件的方法。

一、引言

随着通信事业突飞猛进的发展,现今,移动通信正在向第三代(3G)、第四代(4G)移动通信网络迈进,从而对射频同轴电缆组件的性能也有了更高的要求。除此之外海外客户也对电缆组件除了常规的驻波电气性能有要求外,也逐渐对产品的三阶交调、时域阻抗、时域故障点等性能也有相应的提高。笔者结合生产的实际情况,及与公司设计团队的研讨,针对于如何提高射频同轴电缆组件的高性能、一致性做简要的分析,更便于后续工作的开展。

二、影响射频同轴连接器电缆组件高性能、一致性的主要因素

1、电缆的影响

射频同轴电缆是射频同轴连接器电缆组件不可或缺的一部分,它性能的好坏与电缆组件性能有着直接的关系。它的失效模式有以下几种:

1.1、驻波周期性不良;

1.2、局部变形造成的性能不良;

1.3、阻抗不匹配(偏高、偏低或忽高忽低);

1.4、电缆发泡层与外导体之间窜动;

1.5、发泡层粘贴在内导体上,无法清理;

1.6、内导体尺寸不符合要求;

以上因素均会造成电缆组件的性能不良,要想提高电缆组件性能,必须降低以上失效模式。特别是内导体的尺寸必须要求满足要求。

提高电缆性能(这里主要是驻波比)的方法:

a. 内、外导体材料的选型;

b. 挤压绝缘的过程中,严格控制发泡的均匀性,提高发泡绝缘线芯直径的均匀性、电

容的稳定性;

c. 提高内外导体的同心度,即控制电缆绝缘不发生偏心;

d. 控制内导体的公差要求。

2、装配工艺的影响

2.1 连接的可靠性;

2.1.1 装配不良:

a.以1/2 超柔、普通的电缆组件为例,目前采用的基本上是内、外导体与电缆之间采用锡焊结构,笔者在生产现场也曾发现,由于装配过失,外导体与电缆之间漏焊,导致连接失效。

b.对于编织网类电缆组件,目前采用的方法是压力机施加压力使压接套管塑性变形从而达到连接可靠的目的,但是由于在实际的生产中装配工装的不合理、压接套管设计、原材料的选型错误、来料不符和要求等等原因,都有可能造成压接不紧密,导致连接失效。

c. 连接器界面尺寸错误,轻微的造成性能不良,严重的情况下会造成测试转接器开槽端口变形。导致失效。

2.1.2 焊接失效(虚焊);

2.1.3 螺套脱落

a.选材不当,为降低成本,误用非弹性的黄铜座卡环材料,使螺母易脱落。

b.加工时,螺母安装卡环的沟槽槽深不够,连接时稍加力矩螺母即脱落。

c.使用人员在测试时,没有力矩扳手,而使用普通扳手来拧紧螺母,使拧紧力矩大大超过军标规定值,所以螺母(卡环)遭到损坏而脱落。

无论连接方式如何,为达到连接的可靠性必须保证:

a.内、外导体同轴,保证连接器界面尺寸正确;

b.电缆的外导体与连接器内壁之间连接可靠,

c.焊接外导体时防止加热时间过长,温度过高破坏电缆绝缘层,无法满足绝缘、耐压要求;

2.2 对电气性能的影响

2.2.1 对驻波比的影响

对于50Ω的射频同轴连接器,它的设计原则是尽量保证每个横截面阻抗在50Ω左右。同样电缆的整个阻抗也在50Ω范围内。为保证整个电缆组件的匹配性,就必须在装配的过程中保证电缆与连接器的结合部位阻抗的匹配性。实际的生产过程中经常遇到驻波不良的现象,剖析不良品有很大部分原因是焊接处电缆的绝缘层烧坏。导致驻波不良。还有内导体焊接后有多余的锡渣、凸点,形成局部的电容。形成阻抗不匹配现象。

2.2.2 对三阶交调的影响

首先装配不到位,或者是结合不紧密,即接触件之间没有弹性接触。都会造成传输信号的不连续,这是三阶交调不良的主要因素。再者在使用高频焊接设备时工艺参数的不准确、不确定、焊接工装不合理,与连接器不同轴等等因素。对于一些电镀工艺(电镀三元)较差的产品,连接器易“烧红”对交调有重要的影响。最后,装配时铲除的绝缘子飞边、铜屑。镀Ag 件产品生产时不带手指套操作,内、外导体表面氧化、脏污。这些都会造成交调不良。

3、设计的影响

3.1 阻抗问题

在理想的状态下50Ω的连接器与50Ω的电缆进行装配,电缆组件应该也在50 欧姆左右,这就是阻抗的匹配性,两者任意一个因素的改变都会造成阻抗失衡的现象。这也给了我们的设计人员和电缆供应商相互推诿的借口,当出现驻波不良时经常听到双方各执一词。当然有甄别好坏的方法。目前来说用时域阻抗测试是广泛使用的方法之一。在生产过程中笔者通过大量的试验发现,即使是同样一款连接器,用不同的电缆进行装配测出的驻波大相径庭;

如上图所示,用相同的工艺装配出来的3 根电缆组件,用不同的电缆装配处理的结果完全不同。对电缆组件进行时域分析,发现采用阻抗高的电缆比阻抗低的电缆装配出来的电气性能(驻波比)较好,这也就告诉我们,在设计之初必须清楚的了解连接器的各个方面的特性,包括与什么样的电缆适配可以达到最好的效果。笔者也在生产过程中总结出来一条定律:阻抗低的连接器适配阻抗高的电缆能够相对较好的电缆组件。(有待考究)

3.2 设计余量

设计人员在设计连接器之初是以适配标准电缆进行设计的,设计原则是阻抗匹配,但实际的生产中,考虑到成本等诸多因素,电缆的阻抗不可能全部是均匀、一致的。在一定的范围内波动,这就要求我们的设计人员在产品的批量制造之前,给出与之适配的电缆的技术指标。为做到高性能、一致性,可以专门定制电缆。我说的定制电缆不是说越贵越好,而是适合于我们的连接器,例如设计的连接器整体显容性,则我们可以定制阻抗略高于50Ω的电缆与之适配。这样在不增加成本的情况下提高了产品的性能。保证了产品的一

致性。

3.3 产品的可实现性

这里我说的产品的可实现性,只针对于产品是否利于装配。内、外导体是否容易加工。尺寸的公差配合是否合理。在不增加制造成本的情况下,产品能否适合批量生产。一个好的设计人员首先应考虑到产品的可实现性。而不是闭门造车,天方夜谭。

三、如何提高射频同轴连接器电缆组件性能、一致性

结合上述的失效模式及影响因素的分析,如何提高射频同轴连接器电缆组件性能、一致性,笔者认为:

1. 优秀的设计

首先,是产品的可实现性,正如机械行业经常说的那样的一句话“是先有装配图,还是现有零件图”。如果产品不能实现,再完美的设计也只是镜中花,水中月。一个优秀的设计人员应该基于工程、质量、生产为一身的结合体。不要求都精通,但是必须懂得各方面原理。

其次,会利用先进的仿真工具、测试仪器辅助手段快速分析和解决问题。

最后,留有足够的设计余量。便于产品的实现。知道连接器各方面的性能,与什么样的电缆匹配可以达到最佳效果。

综上,设计时应针对以下四点,

①电气基准面接触部位

②介质支撑部位

③导体台阶部位

④接电缆部位,进行精确的计算和补偿。

另外,对绝缘支撑介质均匀性、重量都有很严格的要求,必要时要采用适当的扩频方法来改善电性能。

2. 持续改进的工艺

工艺改进是无止境的,持续改进的最终阶段全自动化。将人为因素降至最低。就目前来说短时间内无法实现,但是可以向这个目标靠近。例如,利用现有资源,通过工业工程改善,定人、定岗、定工种、定设备、定参数等等,减小人为因素造成的影响。

3. 准确的检测

检测是产品能否实现的评判标准,准确的检测为设计人员提供有效的数据支撑。如三阶交调,在优秀的设计,稳定的工艺基础上,无法通过外观、尺寸的测量来判断交调的好坏,只能通过检测才能判定。笔者在生产中也发现检验方法及工具的不统一都会造成误判现象。特别是对高性能要求的产品这点尤为重要。故而,建议对于有高性能要求的客户,我们应该定期将双方测试设备进行比对校验。从而降低测试误差造成的批量产品不合格的风险。

四、结束语

笔者从产品的设计、制造、检验、工艺保证等几个方面阐述了射频同轴连接器电缆组件高性能、一致性的影响因素,制造高性能、一致性好的射频同轴连接器电缆组件是一项艰苦的工作,需要不断的积累与摸索。上述仅为笔者的个人观点。不尽正确,有问题请斧正。共同学习!

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