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射頻同軸連接器與電纜組件的失效分析

2013-01-01 來(lái)源：長(zhǎng)嶺技術(shù) 字號(hào)：大中小

一.引言

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子設(shè)備的應(yīng)用范圍也日益廣泛，幾乎滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)，其中包括軍事、公安、通訊、醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域，所以電子設(shè)備的可靠性越來(lái)越引起人們的關(guān)心和重視。而接插件、繼電器等電接觸元件是電子設(shè)備中使用最多的元件之一。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)、雷達(dá)或一架飛機(jī)，其接點(diǎn)數(shù)都數(shù)以萬(wàn)計(jì)，而電子設(shè)備的可靠性與所用元件的數(shù)量、質(zhì)量有著極為密切的關(guān)系。特別是在串聯(lián)結(jié)構(gòu)的電子設(shè)備中，任何一個(gè)元件、器件或節(jié)點(diǎn)的失效都有可能導(dǎo)致局部或各個(gè)系統(tǒng)的失效。本文側(cè)重對(duì)射頻同軸連接器、電纜組件的失效模式和機(jī)理進(jìn)行了分析，并對(duì)如何提高其可靠性進(jìn)行了較詳細(xì)的討論。

二.射頻同軸連接器、電纜組件的失效模式及機(jī)理

目前國(guó)內(nèi)、外使用的射頻同軸連接器的品種雖很多，但從連接類型來(lái)分主要有以下三種：

(1)螺紋連接型：如：APC-7、N、TNC、SMA、SMC、L27、L16、L12、L8、L6等射頻同軸連接器。這種連接形式的連接器具有可靠性高、屏蔽效果好等特點(diǎn)，所以應(yīng)用也最為廣泛。

(2)卡口連接型：如：BNC、C、Q9、Q6等射頻同軸連接器。這種連接器具有連接方便、快捷等特點(diǎn)，也是國(guó)際上應(yīng)用最早的射頻連接器連接形式。

(3)推入連接型：如：SMB、SSMB、MCX等，這種連接形式的連接器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、體積小、易于小型化等特點(diǎn)。

雖然連接器品種很多，但是從可靠性的角度來(lái)分析，許多問(wèn)題是相同的。本文側(cè)重對(duì)目前應(yīng)用最廣泛、品種最多螺紋連接型的射頻同軸連接器的失效模式和機(jī)理進(jìn)行分析。根據(jù)我們十余年的實(shí)踐，常見(jiàn)的主要失效模式有以下幾種。

2.1連接失效

(1)連接螺母脫落

在日常生活中，部分用戶反映有時(shí)出現(xiàn)連接螺母脫落現(xiàn)象，致使影響正常工作，特別是小型連接器，如SMA、SMC、L6出現(xiàn)會(huì)更多些，經(jīng)我們分析大致有下列原因造成：

a.設(shè)計(jì)人員選材不當(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，所以連接時(shí)稍加力矩螺母即脫落。

c.雖然材料選擇正確，但工藝不穩(wěn)定，鈹青銅彈性處理未達(dá)到圖紙規(guī)定硬度值，卡環(huán)無(wú)彈性，導(dǎo)致螺母脫落。

d.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。

(2)配對(duì)失誤

自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)進(jìn)口儀器不斷增多，經(jīng)常碰到用戶反映，他們把市場(chǎng)上買(mǎi)到的Q9的電纜頭誤認(rèn)為是國(guó)際上通用的BNC電纜頭。因其形狀和BNC電纜頭完全一樣，只是尺寸稍有差別，所以與進(jìn)口儀器BNC不能兼容，這些現(xiàn)象也屢見(jiàn)不鮮。

(3)內(nèi)導(dǎo)體松動(dòng)或脫落

有些設(shè)計(jì)人員在內(nèi)導(dǎo)體介質(zhì)支撐處把內(nèi)導(dǎo)體分為兩體，然后用螺紋連接起來(lái)。但是對(duì)小型射頻同軸連接器而言，內(nèi)導(dǎo)體本身尺寸是Φ1～2mm，在內(nèi)導(dǎo)體上加工螺紋，若不在螺紋連接處涂以導(dǎo)電膠，那么內(nèi)導(dǎo)體連接強(qiáng)度是很差的。因此，當(dāng)連接器在多次連接，在扭力和拉力長(zhǎng)期作用下，內(nèi)導(dǎo)體螺紋松動(dòng)、脫落，致使連接失效。

2.2反射失效

(1)反射增大

任何一種連接器都有一定的使用壽命。以SMA連接器為例，美軍標(biāo)和我國(guó)軍標(biāo)規(guī)定其壽命為500次。這是因?yàn)楫?dāng)連接器經(jīng)長(zhǎng)期使用，反復(fù)插拔超過(guò)500次后，插針、插孔已造成不同程度的磨損，接觸已不是最佳狀態(tài)，所以在使用時(shí)，反射可能急劇增加。許多用戶較多的從經(jīng)濟(jì)角度考慮，把應(yīng)報(bào)廢的連接器仍然使用。這種做法是不可取的。因?yàn)槌^(guò)使用壽命的連接器性能已明顯下降，苦不及時(shí)更換新的連接器是難以保證測(cè)試精度和數(shù)據(jù)的可信度。

(2)開(kāi)路

在以往的工作中發(fā)現(xiàn)個(gè)別用戶把N型50Ω插頭誤連到N型75Ω插座上。由于50Ω的插針直徑遠(yuǎn)大于75Ω的插孔尺寸，致使插孔尺寸超過(guò)彈性極限，不能恢復(fù)到原來(lái)尺寸。別人再次使用發(fā)現(xiàn)開(kāi)路，原來(lái)75Ω插座的插孔已損壞。

(3)短路

在過(guò)去我們測(cè)試密封連接器時(shí)，發(fā)現(xiàn)少數(shù)連接器電壓駐波比很大，個(gè)別的全反射。經(jīng)反復(fù)仔細(xì)檢查，此密封連接在焊接內(nèi)導(dǎo)體時(shí)，焊錫流到玻璃絕緣子表面，造成全部或局部短路，使性能不合格。

2.3電接觸失效

(1)插針、插孔不接觸

通常插孔零件材料應(yīng)選用鈹青銅或錫磷青銅做成，但有極少數(shù)生產(chǎn)廠為降低成本用59-1黃銅作插孔，因而插拔一、兩次后插孔處于漲口狀態(tài)，當(dāng)再次連接插針、插孔時(shí)根本不接觸。當(dāng)然在我們工作中，即使都選用鈹青銅作彈性件，但是由于在工作中檢驗(yàn)不嚴(yán)，將銑槽后未收口的個(gè)別零件混入收口合格零件中，進(jìn)行彈性處理并鍍金，裝配時(shí)又未發(fā)現(xiàn)，所以導(dǎo)致連接時(shí)不接觸。直到測(cè)試時(shí)，才發(fā)現(xiàn)駐波很大，甚至全反射。經(jīng)仔細(xì)檢查，才發(fā)現(xiàn)將不合格插孔裝在產(chǎn)品中。