射频电缆组件设计与制造

射频连接器电缆组件设计与制造 2011 年 3 月 概述 射频连接器电缆组件是微波组件之一，由射频同轴连接器与射频电缆经适配组装而成。根据相配电缆的不同，主要分为三类：半硬、半柔软、柔软电缆组件 。半硬电缆 -只可弯曲一次（弯曲半径 电缆的静态最小弯曲半径）；半柔软电缆 允许弯曲数次（一般十次以内、弯曲半径 动态弯曲半径）；柔软电缆 -可以反复弯曲（上百甚至上万次、弯曲半径 动态弯曲半径）。概述 对应产品的通用标准如下：序号 标准名称 标准代号与国际、国外标准对比等效符号 标准号1 射频电缆组件总规范 GJB1215A-2005 idtMIL-C-55427A-1978（ 已由 MIL-PRF-55427B）代替2射频同轴电缆组件第 1部份：总规范一般要求和试验方法 GB/T17738.1 idt IEC60966 射频同轴电缆组件第 2-1部份：柔软同轴电缆组件分规范 GB/T17738.2 idt IEC-60966-2-1 射频同轴电缆组件第 3部份：半柔软同轴电缆组件分规范 GB/T17738.3 idt IEC60966-3 射频同轴电缆组件第 4部份：半硬同轴电缆组件分规范 GB/T17738.4 idt IEC60966-4 概述 这三类电缆组件根据不同的使用环境特性（自然环境和应用平台）除对相应产品的详细规范和制造工艺规程以及质量控制程序之外，必须考虑产品在具体的使用过程达到应用目标。 下面以柔软射频电缆组件为例，简单介绍产品的典型设计方法、制造过程、调测 。以及使用可靠性问题。 一、 设计 1、对产品标准的理解 (1)GJB1215A(2)IEC966 2、对具体产品技术要求的理解 (1)机械 (2)电气 (3)环境 一、 设计 3、典型结构设计过程(1)选材(2)编制设计文件 (3)编制装配工艺过程卡(4)通用和专用工艺 (5)通用和专用工装 (6)初样验证 一、 设计 （ 1）选材：电缆组件是射频同轴连接器与射频同轴电缆的配接 射频同轴连接器是 “ 合格 ” 的； 射频同轴电缆是 “ 合格 ” 的； 射频同轴连接器与同轴电缆是适配的。一、 设计射频同轴连接器是 “ 合格 ” 的：不单纯是指它有产品合格证，而是要确认选用的连接器的性能是可以满足组装后电缆组件的指标要求的。 主要电参数：工作频率范围、反射、损耗、功率容量等 ; 电缆配接机构的结构和类型（焊、压、螺 纹 ） ; 中心内导体的固定性、界面尺寸等等 ; 环境性能：（工作温度范围、盐雾 ）。一、 设计射频同轴电缆是 “ 合格 ” 的：不单纯是指它有产品合格证，而是要确认选用的电缆的性能是可以满足组装后电缆组件的指标要求的。 主要电参数：工作频率范围、反射、损耗、功率、电长度稳定性 电缆的结构及尺寸：中心导体（单股、多股、镀层）介质（实芯、打孔、低密度整体、低密度绕包等等）外导体（整体、单层、多层、编织、绕带）外护套（阻燃、防紫外线） 机械性能（拉伸、弯曲、抗扭、抗压） 耐环境性能（温度、盐雾） 电缆的下线（半硬、柔软、螺纹管） 与连接器配接的剥线尺寸、剥线工艺等等。一、 设计 (2)编制设计文件 文件产品标准装配图电缆剥线图 部件XX型射频同轴连接器 零件 材料标志套热缩管一、 设计 (3)编制装配工艺过程卡二、制造 (以柔软电缆组件为例 ) 装配工艺流程 关键工序的确定 关键工序的工艺规程和工艺设备 电缆的下料 焊接 精修电缆端面 调测 (电参数 ) 工艺环境二、制造 (以柔软电缆组件为例 )1.装配工艺流程图二、制造 (以柔软电缆组件为例 ) 关键工序的确定射频电缆组件装配过程中，关键工序一般是： 下料 内外导体的焊接； 电缆端面的精修； 射频电参数的测量与调试； 特殊产品：如精密、稳相、大功率等射频电缆组件，其关键工序的工艺规程、设备条件必须另外确定。二、制造 (以柔软电缆组件为例 ) 关键工序的工艺规程和工艺设备（ 1）电缆的下料电 缆下料之所以是关键工序，尤其在精密电缆组件的装配工艺中，是关系到下道工序以至产品主要电参数的。因此电缆下料要达到以下要求 : 长度尺 寸准确、并一致性好； 切断处端面平齐； 保证芯线（内导体）不偏心； 长度方向的变形要在控制范 围内。二、制造 (以柔软电缆组件为例 ) 关键工序的工艺规程和工艺设备（ 2）焊接电缆与连接器内、外导体的焊接质量，是直接影响产品的机、电性能。一般焊接方法如下 : 接触焊 焊料或焊接件与焊接工具（热源）直 接接触，如烙铁焊、电流焊等； 非接触焊 焊料或焊接件不与焊接工具直接接触，如感应焊； 内导体的焊接； 外导体的焊接； 焊接质量的评估。二、制造 (以柔软电缆组件为例 ) 关键工序的工艺规程和工艺设备（ 3） 电缆端面的精修电缆端面的精修是保证电缆与连接器适配、调节组件电长度、提高组件射频电性能的（反射、损耗、相位一致性等）关键工序之一。要求精修后的电缆端面达到： 芯线垂直精修端面、外表面无损伤； 电缆端面（包含外导体衬套）目测平整； 电缆外导体切口整齐、无毛刺、无向内翻卷； 介质切割整齐、表面无金属屑和其它污染。二、制造 (以柔软电缆组件为例 ) 关键工序的工艺规程和工艺设备（ 4）射频电参数的测量 电压驻波比的测量； 损耗的测量； 电长度（相位）的测量； 三阶互调（ PIM）的测量； 电磁屏蔽（射频泄漏）的测量。三、 试验、验证 (以柔软电缆组件为例 )1.射频电缆组件的试验、验证（ 1）研制开发或样品试制阶段，往往要根据设计要求进行一些单项试验和验证；（ 2）产品定型要进行鉴定试验；（ 3）定型后产品进入中试生产或批生产，则对每批次产品进行质量一致性检验（ A、 B组），定期（累计批量）进行周期检验（ C组）。2.射频电缆组件的特殊试验（另行介绍）（ 1）低气压下的电参数测量；（ 2）随机振动下的射频电参数测量；（ 3）相位随温度的变化；（ 4）耐功率试验。三、 试验、验证 (以柔软电缆组件为例 )3.主要射频电参数的测量（ 1）反射测量（ S11、 S22） 测量系统及设备a.标网b.矢网 测量系统的准备a.系统状态的设置（以 8753ES）、扫 描点数（ 201）、中频、扫描时间；b.是否采用测量用转接器或测量用电缆，单端口 还是双 端口（ S11,S22）；C.系统校正频 率起、止， VWR，格度， CAL：选择校正件 单端口（ S11） 开路 O 短路 S 负载 L 校正完毕。三、 试验、验证 (以柔软电缆组件为例 )3.主要射频电参数的测量（ 2）传输测量（ S12、 S21） 测量系统及设备a.标网（损耗）b.矢网（损耗、相位） 测量系统的准备a.系统状态的设置（以 8753ES）、扫 描点数（ 801以上）、中频（ 300 1000Hz）、 扫描时间 ；b.是否采用测量用转接器或测量用电缆，双端口（ S12,S21）C.系统校正频 率起、止，插损 LOG，格度；相位 PHA 、格度 ； CAL：选择直通 校正完毕。三、 试验、验证 (以柔软电缆组件为例 )3.主要射频电参数的测量（ 3）关于时域和频域 矢量网络分析仪增加时域功能（ 010附件），则可以实现时域和频域的转换，也就是扫频测量（频域）其横座标是频率，而时域是扫描的时间（ ns）。 时域的用途电缆组件从输入界面到输出界面、全过程中，电磁波传输每个时刻的反射大小，从而确定被测件内反射异常的位置。 时域设置（以 8753ES 为例）a.必须具备时域功能；b.按反射设置、校正系统；c.选择 “ SYSTEM” 键 “ Transform Menu” 键 Transformon /off1、 电缆的结构（典型）中 国 电 子科技集 团 公司第四十 研 究所四、 柔软稳相电缆组件 2、 电缆结构与性能的关系（主要）中 国 电 子科技集 团 公司第四十 研 究所名称 结构 与性能关系介质 低密度聚四氟乙烯带，绕包 损耗、相位等外导体 1镀银铜带叠层绕包电缆 3450： =0.1、 B=3损耗、相位、射频泄漏、机械强度等电缆 UFB311A： =0.08、 B=3.7外导体 2镀银铜线编织电缆 3450： =0.0910电缆 3450： =0.15 63、 造成电缆性能恶化的几种机械性损伤 弯曲 小于最小弯曲半径，使电缆的内弯曲表面局部压缩，造成永久性折皱变形，造成不可恢复的电性能恶化；中 国 电 子科技集 团 公司第四十 研 究所3、 造成电缆性能恶化的几种机械性损伤 拉伸 大于规定的轴向力拉伸（超过 10m电缆重量），外导体变形变小；中 国 电 子科技集 团 公司第四十 研 究所 造成电缆性能恶化的几种机械性损伤 扭曲 改变外导体的内径，破坏了电缆的均匀性，大于5 15 ，造成失效； 受压 大于规定的压强，造成局部损伤。中 国 电 子科技集 团 公司第四十 研 究所 连接器的结构（典型 SMA）连接器是一段非柔软的刚性同轴线，一般采用螺纹连接机构，对于稳相电缆来讲，与电缆配接处一般采用焊接方式。 由于采用的是螺纹连接机构，在插头、座旋紧时，易造成电缆的扭曲；同时由于连接器与电缆配接段是一段刚性与柔性的过渡段，容易造成弯曲损伤。中 国 电 子科技集 团 公司第四十 研 究所电缆受损变形前后对比 中 国 电 子科技集 团 公司第四十 研 究所受损变形前测试曲线 时域测试电压驻波比测试受损变形后测试曲线 组件装配时应