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半刚性电缆组件可靠性技术研究
 
   摘 要:介绍用于相控阵雷达的电缆组件,阐述了半刚性电缆组件的技术特点及应用,分析电缆组件的失效模式,找出影响可靠性的关键因素,并提出有效的措施,阐明了提高电缆组件可靠性的可行性和重要性。 

  关键词:电缆组件;失效模式;相控阵雷达  

  0 引言 

  自从相控阵雷达问世以来,其新技术在雷达技术发展过程中占有很重要的位置,以T/R组件,子阵组件等为典型代表的微波组件是有源相控阵雷达的核心部件,一个有源相控阵雷达阵面由成千上万个微波组件组成,这些组件之间的连接较多的采用半刚性电缆组件,半刚性电缆组件具有损耗小,辐射小,电磁兼容性好的特点,在整机设备中易布线,可在较高的频率范围内工作等优点,因此半刚性电缆组件的可靠性直接影响雷达的性能。  

  1 电缆组件的技术特点

  半刚性同轴电缆结构如图1所示。大多数半刚性同轴电缆没有外皮,其外导体多为无缝铜管,也有些为铝合金管;绝缘层为聚四氟乙烯;内导体为无氧铜线或钢包铜线。

  半刚性电缆较为特殊的结构为我们带来了许多难得的特性:无缝金属管的外导体不易弯折,但易于定型,方便了机内布线,且提供了非常好的屏蔽特性;高强度的外导体也很好地保证了内部结构尺寸的稳定性,使得半刚性同轴电缆易于制成高性能的电缆组件被相控阵雷达广泛使用。  

  2 电缆组件的失效模式

  半刚性电缆组件的常见失效模式有以下几种:内导体脱落、外导体脱落、绝缘电阻太小或介质耐压差、信号不通或信号质量差等。

  其中绝缘电阻太小、介质击穿、芯线扭断或信号不通不良的问题可以通过加强员工培训、优化设计结构、加强检验及测试来控制改进;使用中出现的过功率、安装应力过大及使用方法不正确等问题,与半刚性射频同轴电缆组件的生产和使用双方的信息沟通、产品使用的环境及使用空间位置均有很大的关系,通过生产和使用双方的深层次沟通及控制改进,可以在很大程度上避免和消除。


  从电缆组件失效模式可以分析:影响其可靠性的关键在于电缆与连接器的连接方式及焊接,焊点问题因牵扯环节太多、缺乏检验控制手段而较难解决。


  3 电缆组件的设计改进

  3.1 选用合理的焊面

  焊接面设计不合理,给焊接带来一定困难或焊接面面积不足,在侧面设计焊接孔可改善焊接面,在焊锡浸入側孔后,形成一对“锡柱”,在温度冲击等环境试验中可以分担焊接面所承受应力,增加焊接强度。外壳尾部焊接孔应设计成倒角,电缆焊接深度应不小于电缆外径尺寸;焊接面不要做光洁度要求,只要不影响定位和同轴度结构,适当的粗糙表面可大大增加焊接面积,增加焊面的抗剪切的能力 。


  3.2 严格控制容锡


  设计时要严格控制容锡间隙在0.05与0.1之间,间隙过小会造成焊锡难以流入,焊接有效面积减小;间隙过大会造成焊接后同轴度难以保证、焊接时间加长等问题。 


  3.3 定位补偿的考虑


  结构设计时若不考虑定位补偿会造成焊接过程中内外导体易偏离预定位置,从而增加焊接难度并导致电性能下降。


  3.4 排气及焊接状态观察机构的设计


  半刚性同轴电缆组件焊接时连接器内气体受热膨胀外逸,会将焊缝处的焊料向外推,设计适当的排气机构会使这一问题得到改善;另外,焊料是否已浸润到预定位置,如果有一观察机构,会有效提高焊接的可检验性。 


  3.5 选用合适的镀层


  连接器一般选择可焊性好的镀金或镀三元合金, 镀银可焊性也非常好,但银易迁移且易氧化,一般不推荐使用。


  半刚性电缆选择镀三元合金或不电镀,半刚性电缆外皮材料可焊性很好,只是清理表面氧化皮比较困难,镀三元合金是一种很好的方法,也可用砂纸等去净氧化皮后用酒精清洗干净,也能得到很好的焊接强度。


  3.6 选用优质焊料


  焊料易采用63%含锡量的夹芯焊锡丝,表面应无明显氧化,此种焊料熔化温度适中、焊接过程流动性好,且有一定的机械强度。 



  4 正确的使用方法


  首先必须了解电缆组件连接器机械损坏力矩的大小,杜绝机械损坏的发生,其次要控制电缆组件的使用次数,对于螺纹连接的电缆组件若采用加大连接力矩的方法来达到防松的目的,必须严格控制连接力矩值的大小,否则影响其可靠性,采用恒力矩扳手使连接力矩远离损坏力矩,以提供可靠的防松性能和电性能,同时可以杜绝人为因素对电缆组件的损坏。 



  5 结束语


  实验证明,通过电缆组件的设计改进及规范使用,电缆组件的可靠性有了较大的提高,温度交变次数成倍增加,满足某相控阵雷达的使用环境,为其它产品的设计提供了依据。