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射频同轴电缆结构性能及射频电缆组件的生产一、射频同轴电缆简介射频同轴电缆是一种常用的微波信号传输线，它具有频带宽、电性能优越、可弯折、使用方便等优点，被广泛用于仪器仪表、微波通信及武器系统中。其典型结构如下图所示：一、射频同轴电缆简介１、电缆结构射频同轴电缆从里到外可分为四层：芯线：射频同轴电缆的内导体。单根或多根无氧铜线单根钢包铜线单根铝包铜线铝管或波纹铜管屏蔽层：射频同轴电缆的外导体。单层或又层多股铜线纺织层单层多股铜线纺织层加铝薄单层铝薄加镀银铜带包绕层一层铜管或波纹铜管绝缘层：射频同轴电缆的内外导体间的支撑介质，决定着射频同轴电缆的许多电特性和机械特性。实心聚四氟乙烯或聚乙烯高发泡聚四氟乙烯填充高发泡聚乙烯填充高发泡聚四氟乙烯带包绕藕状或骨架式空气混合绝缘支撑空气介质加1／4波长金属支撑子外皮：射频同轴电缆的外保护层，可无。聚四氟乙烯或聚乙烯外皮硅橡胶或有机材料编织外皮塑料或金属铠管护套2、电缆主要电性能指标射频同轴电缆电性能主要有以下几条：特性阻抗：由射频同轴电缆的内导体外径、屏蔽层内径和绝缘层的介电常数决定。传输损耗：射频同轴电缆在传输微波信号时每百米电缆使信号产生衰减的dB值。频率范围：电缆厂家推荐的使用频率范围。同种结构的电缆，寸越小使用频率范围越宽。屏蔽效率：在特定频率下电缆射频泄漏的dB值，由电缆的外导体结构决定。绝缘电阻：考核绝缘介质材料特性的一项电性能指标。功率容量：与电缆机械尺寸有关的一项电性能指标。相位温度系数：特定频率下单位长度电缆在单位温度变化时产生的相位漂移的PPm值。3、电缆主要机械性能指标最小弯曲半径：射频同轴电缆在使用时允许弯折的最小半径值。过份弯折将造成电缆损伤，导至电缆性能下降。单位质量：单位长度电缆的质量值。4、射频同轴电缆简单分类柔性电缆：也称软电缆，最常用的射频同轴电缆品种，具有多种尺寸规格，易于布线，使用方便。其中包括：聚乙烯同轴电缆（单、双屏蔽层）聚四氟乙烯同轴电缆（单、双屏蔽层）物理发泡低损耗电缆高发泡包绕介质稳相电缆……半柔性电缆：外导体编织层中浸润锡合金材料而形成的电缆品种，电性能优越，介于软电缆和半刚性电缆之间。半刚性电缆：外导体为铜管或铝管，弯曲性能差但弯曲后易于定型，电性能优越。刚性电缆：也称硬电缆，最用于微波测试系统中，做为测试标准元件，一般以空气为绝缘介质，没有多少工程使用价值。波纹铜管电缆：外导体为螺旋状或环状波纹铜管，较易弯曲，一般尺寸较大，损耗低、功率容量大、电性能优越，常用于天馈系统中。5、关于稳相电缆稳相电缆应具备以下特性：1）机械相位稳定性：射频同轴电缆以不小于最小弯曲半径的弧度盘曲和伸展时相位应稳定。2）温度相位稳定性：射频同轴电缆在温度发生变化时的相位稳定性。随着通信产业的发展，射频连接器的用量猛增，射频电缆组件的生产批量越来越大，已逐步从整机生产厂家自行生产转向直接采购组件，社会分工不断细化。电缆组件的生产看似简单，但实际上却有非常严格的工艺要求，在加工的每一个环节都能够实施严格的控制，才生产出可靠性高、电气性能优越的电缆组件。我们常用的电缆有如下几种：半刚性电缆、半柔性电缆、柔软电缆、大功率波纹馈线等，大功率波纹馈线组件的装接大部分是在现场操作，且批量很小，这里就不讲了，下面谈一谈半刚、半柔性电缆组件和柔软电缆组件的装接。二、射频同轴电缆组件的生产(一)半刚、半柔性电缆组件的装接1、半刚性电缆表面处理（半柔性电缆不适用）半刚性电缆在与连接器装接前必须进行表面处理，一般有两种方式：用机械方式去除氧化层（仅对焊接部分），或表面镀半光亮镍或锡铈合金。机械方法去除氧化层一般采用刀片刮或细沙纸抛，一定要将氧化层去除干净，否则易出现虚焊或干脆无法焊接等现象。电镀则要求镀层结合力好、可焊性能好，镀后半刚性电缆弯曲120°，电缆表面镀层无起皮及脱落现象，焊接过程中吸附力强，焊点表面光滑不产生虚焊。电缆表面电镀后外观质量与抗腐蚀能力大大提高，是一种很好的方法。2、装配前准备工作装配开始前一定要做好准备工作，详细消化电缆组件图上的各项要求，并核对装配计划单与相配的射频连接器、半刚或半柔性电缆是否符合电缆组件图要求，同时按图纸上的要求确定相应剥线夹具、电缆弯曲夹具、电缆装配夹具以及准备好电铬铁、焊丝、焊剂、洒精棉球等工量夹具。3、半刚、半柔性电缆长度的确定及剥线首先，电缆组件的长度的确定供需双方在合同中要有明确的规定，最好双方采用统一的组件尺寸标注方法，以免造成浪费。明确了需求后，确定出该电缆组件的展开长度及长度公差，然后用剪线钳等工具按长度要求将电缆剪断，并用卡尺或直尺检验其长度及公差是否符合要求。半刚、半性电缆的剥线有很多种方法，对于电缆较短、电性能指标要求高的组件，可利用车床进行剥线（保证剥线端面的平整与尺寸精度）；对于电缆较长、电性能指标要求高的组件，可利用端面旋切式剥线工具进行剥线（上车床易将电缆扭折或使之变形）；对于其它要求不很高的电缆组件则可利用其它更加快捷的剥线方法。4、半刚、半柔性电缆的弯曲半刚、半柔性电缆本身具有一定的机械强度，容易弯折成一定的形状，以达到特定整机结构的要求，这是此类电缆的一大特色。对不同直径的电缆，有不同的最小弯曲半径，我们加工打弯时不应使弯曲半径小于规定值，以免对电缆造成损伤。打弯时不能用手去直接弯折，而应该采用专门的弯曲工具，以免使弯曲部分严重变形。弯曲工具及使用方法可参考富士达公司产品手册最后一部分。5、半刚、半柔性电缆组件的焊接⑴电缆预热处理（半柔性电缆不适用）半刚性电缆不同于其它电缆，其外皮是一层封闭的铜管。电缆在受热时，由于铜材与内部的聚四氟乙烯绝缘材料热膨胀系数不同，绝缘材料增大的体积无处容纳，将从电缆外皮端面挤出，如不做预热处理，组件焊接时膨胀的绝缘材料将很可能挤坏连接器，造成损失。用电铬铁对电缆进行预热后，将焊接端面冒出电缆外导体的绝缘层用单面刀片切除，方能保证电缆组件的电气性能。⑵内导体的装接半刚、半柔性电缆组件内导体一般采用焊接的方法。在焊接过程中有一点常被忽视，即连接器内导体与电缆外皮间有一个电气性能及温度补偿尺寸，是一定要在内导体焊接时进行定位确定的。按图所示方法进行内导体焊接，加入电缆隔片确保连接器内导体与电缆外导体位置，以产生良好的电气性能及温度补偿。焊接时应采用25W的电铬铁，焊点高出内导体表面的多余焊锡要用单面刀片轻轻修平，不允许损伤内导体表面镀层。焊好后清洗内导体表面的焊剂及修理多出来的焊锡，以消除对电气性能影响。焊好了内导体的电缆组件百分之百按GJB681的要求进行绝缘性能测试，合格后才能转入下道工序。当然，内导体的装接也可以采用压接的方式，同样需要进行补偿定位。⑶外导体的装接半刚、半柔性电缆组件外导体的装接根据连接器结构的不同，有两种方式，一种是压接式，该类连接器专门配有一个弹性压套，将其压入电缆外皮与连接器之间，便可将电缆与连接器牢固连接。这种方法可靠性较低、电缆外皮变形损伤较大，对组件电气性能有较大影响，很少采用。另一种便是焊接。将焊好的内导体电缆组件装入连接器的外壳内，并插头定位夹具与连接器连接好(见右图,也可接一个能与之配接的连接器)，以确保内外导体在连接器中的位置。用75W以上的电铬铁选择相应的铬铁头(头部形状见下图)装入电铬铁内插上电源进行加热；在焊接部位涂上少许焊剂，用铬铁加热焊接部位，并迅速加上焊锡丝；焊接时间不应超过5秒钟，如5秒钟内没焊好，则停下待冷却后再进行焊接，以免损伤电缆。焊接部分要求光滑平整、无虚焊。再次百分之百检验其绝缘电阻及介质耐压是否符合要求。(二)柔软电缆组件的装接柔软电缆具有价格便易、使用方便等优点，其应用最为广泛。柔软电缆与连接器的装接机构是射频同轴连接器的一个关键部位，是影响连接器可靠性的主要因素。本着简化装接工艺、提高装接可靠性的原则，国际上先后推出十多种电缆装接方法，最为常用的是夹持式、焊接式和压接式。夹持式是推出最早的电缆装接方法，其内导体焊接，外导体由连接器夹紧机构将电缆屏蔽层夹紧。这种方式优点是可折卸，缺点是结构复杂，且夹持部位机械强度受制于很多方面因素，易发生电缆的挤压变形和夹持机构超力矩失效，尤其是对较细的电缆，装接后组件电性能一致性差。目前，该方法仅用于较粗的大功率传输电缆组件中。柔软电缆的焊接式连接技术要求高，且操作麻烦，人为因素影响较大，一般只有耐高温电缆才能进行焊接式连接。压接式是为了避免夹持式和焊接式的缺点而研制出来的，它具有结构简单、装接速度快、一致性好、可靠性高等优点，一经出现便得到广泛的应用。压接电缆编织层的方法一般有两种：圆形压接和六方压接。外径较大的电缆（超过Φ7）多采用夹持式柔软电缆的焊接式连接技术要求高，且操作麻烦，人为因素影响较大，一般只有耐高温电缆才能进行焊接式连接。焊接式连接在连接器设计合理、操作得当时可以生产出高性能射频同轴电缆组件。外径较小的电缆一般都采用压接方式从原理上讲圆压接可以靠整个圆周的收缩产行最佳的压紧效果与机械强度，且连接器变形最小，但其对压接精度要求太高，很难实现。六方压接俗称压六方，它对压接钳口及操作要求不高，易于实现，是最常用的压接方式。下面，我们以压接式接电缆连接器为例，简单讲一下柔软电缆组件的装接。六方形压接圆形压接1、装配前准备工作与装接半刚性电缆组件相同，装配开始前一定要做好准备工作，详细消化电缆组件图上的各项要求，并核对射频连接器、电缆是否符合电缆组件图要求，同时按图纸上的要求确定相应剥线夹具、电缆装配夹具以及准备好电铬铁、焊丝、焊剂、洒精棉球以及直尺、压接钳等工具。2、柔软电缆长度的确定及剥线根据技术图纸确定了电缆长度及剥尺寸后，用剪线钳等工具按长度要求将电缆剪断，并用卡尺或直尺检验其长度及公差是否符合工艺要求。柔软电缆剥线要半刚性电缆容易得多，剥线方法和可利用的工具多种多样，只要能够保证精度、不损伤电缆，都可以使用。国外近几年推出多种自动剥线机，其控制精度高、速度快，是软电缆剥线较为理想的设备。3、内导体的装接内导体与电缆芯线的装接最常用的方法有焊接和压接。前面讲过，内导体压接的方式有很多优点，但由于电缆芯线外径尺寸较小，压接要求的配合尺寸精度很高，这给机械加工带来一些难题。内导体的压接与外导体一样，采用压六方或压四方的方式，操作方便。焊接对零件精度要求不高，但对操作人员有较高要求，焊接不仅要牢固可靠，而且焊点要平滑，不应有焊料堆积。如果一次焊不好或焊点过大，则有可能造成产品的报废。4、外导体的装接焊好内导体的电缆在装接外导体前应将热缩管、线夹等需要装入的零件套在电缆上（一头装好的电缆组件在装另一头时尤其要注意），然后将电缆推入连接器壳体，直至内导体到位。将线夹推到位后，要进行一次测试，检验其导通、耐压、绝缘性能，以免压接后发现问题而造成报废。压线夹之前一定要检查一下压接钳口尺寸是否符合要求，使用气动或手动冲床的应检查上下模合模是否准确到位，使用压接钳的应检查压接钳脱开点压接力是否达到要求，以免出现压不紧或压偏现象的发生。压接过程最好一次成功，多次压接反而容易造成电缆保持力不足或松脱。5、测试电缆组件装接完成后至少应做以下测试：a、内导体阻值：整根组件的内导体电阻值应保持在一个适当的范围内，过大的偏差说明电缆组件内导体装接有问题或是电缆芯线本身有问题。b、绝缘电阻；c、介质耐压。除此之外要对组件的损耗及电压驻波比进行抽样测量。三、稳相射频同轴电缆组件的生产(一)哪些因素对相位一致性及幅值有响：1、对组件相位一致性有影响的因素有:电缆机械长度的一致性.电缆的均一性焊接对电缆产生的影响打弯或弯曲形状电缆组件相位一致性的因素是组件的有效电长度，但我们在加工过程中所能控制的是组件的机械长度，尤其是长度较短的电缆组件，由于电缆均一性对组件的影响变的比较小，所以可直接使用控制组件机械长度的方法控制相位比如30cm以内的半刚，半柔组件。我们知道信号在同轴线中的波长与在空中不同，它和同轴线的内外导体尺寸，介质的介电常数有直接关系。电缆均一性较差时，就会出现等长电缆相位差别较大的情况，有时还会出现机械长度的反而相位超前。这种情况在国产的低损，稳相电缆中经常出现。焊