微帶天線的裝配可靠性提升技術(shù)研究

胡 佳，李 勇，馬小杰，朱士琦，魏鵬鵬

（上海航天電子技術(shù)研究所，上海201109）

微帶天線由于體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、易加工等特點(diǎn)已經(jīng)成為天線家族的重要成員，射頻微帶電連接器是微帶天線的重要組成部分，具有體積小、頻帶寬、機(jī)械電氣性能優(yōu)越、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，且擔(dān)負(fù)著微帶天線電性能傳輸和信號(hào)控制的功能，其質(zhì)量好壞直接關(guān)系到整個(gè)天線的成敗[1]。某微帶天線結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，在其裝配過(guò)程中，電連接器和微帶片通過(guò)焊接固定，電連接器內(nèi)芯凸出微帶片的長(zhǎng)度必須控制在合理的范圍之內(nèi)，若內(nèi)芯過(guò)長(zhǎng)，需對(duì)其長(zhǎng)度進(jìn)行修銼來(lái)滿足焊接要求。本文通過(guò)對(duì)射頻微帶電連接器的內(nèi)芯修銼及應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行研究，運(yùn)用過(guò)程管控的方式保證電連接器在修銼后的質(zhì)量，進(jìn)而提升微帶天線的裝配可靠性。

圖1 某微帶天線結(jié)構(gòu)示意圖

1 射頻微帶電連接器內(nèi)芯的修銼要求

圖2所示為微帶天線常用的射頻微帶電連接器結(jié)構(gòu)形式，由外殼、絕緣介質(zhì)和內(nèi)芯三個(gè)主要部分組成，內(nèi)芯的性能直接影響著電連接器的性能、可靠性及應(yīng)用方式[2]，在天線裝配過(guò)程中，需要將內(nèi)芯焊接至微帶片，使電連接器與微帶板連接接觸，實(shí)現(xiàn)微波信號(hào)的傳輸。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，焊接前電連接器內(nèi)芯超出微帶片的高度為1.5mm±0.8mm，若所選用電連接器內(nèi)芯尺寸過(guò)長(zhǎng)，則需要對(duì)內(nèi)芯長(zhǎng)度進(jìn)行修銼保證其滿足裝配要求。由于電連接器內(nèi)芯、聚四氟乙烯介質(zhì)、外殼之間是通過(guò)膠結(jié)固定，在修銼時(shí)若內(nèi)芯和介質(zhì)的相對(duì)位置不固定，所產(chǎn)生的修銼應(yīng)力極易導(dǎo)致電連接器內(nèi)芯和介質(zhì)之間的松脫，造成內(nèi)芯轉(zhuǎn)動(dòng)或軸向竄動(dòng)，使得電連接器不能形成良好的電接觸，存在潛在的質(zhì)量隱患或直接導(dǎo)致電連接器報(bào)廢[3-4]。

圖2 某型號(hào)射頻微帶電連接器結(jié)構(gòu)示意圖

傳統(tǒng)的電連接器修銼方法是基于簡(jiǎn)單工裝開(kāi)展的，見(jiàn)圖3，工裝上有一組孔，涵蓋了常用的電連接器內(nèi)芯直徑尺寸，修銼時(shí)需將內(nèi)芯插入工裝上對(duì)應(yīng)的孔中，限制內(nèi)芯的前后左右移動(dòng)，再用銼刀修銼內(nèi)芯，直至達(dá)到所需長(zhǎng)度。

圖3 傳統(tǒng)的電連接器修銼工裝

但在修銼過(guò)程中存在以下問(wèn)題：

（1）傳統(tǒng)方法修銼時(shí)無(wú)法對(duì)電連接器實(shí)施完全固定，在修銼時(shí)，易在介質(zhì)及內(nèi)芯之間產(chǎn)生修銼應(yīng)力，影響介質(zhì)與內(nèi)芯的相對(duì)固定。

（2）在內(nèi)芯穿過(guò)工裝孔位時(shí)，無(wú)法完全保證兩者之間無(wú)松動(dòng)，在后續(xù)修銼時(shí)也極易出現(xiàn)內(nèi)芯鍍層劃傷的情況，難以完全保證其后續(xù)鍍層的防護(hù)質(zhì)量。

（3）在玻璃介質(zhì)的電連接器修銼時(shí)，玻璃材料脆且硬，手工修銼產(chǎn)生的應(yīng)力極易導(dǎo)致介質(zhì)產(chǎn)生微裂紋，影響電連接器的氣密性及信號(hào)傳遞的可靠性。

因此，在微帶天線生產(chǎn)中，由于修銼導(dǎo)致電連接器報(bào)廢成為影響微帶天線質(zhì)量可靠性的重要因素。針對(duì)上述情況，需研究新的電連接器修銼技術(shù)，來(lái)提高電連接器修銼效率，提升微帶天線的質(zhì)量可靠性。

2 射頻微帶電連接器修銼裝置

針對(duì)傳統(tǒng)電連接器修銼中產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行分析，根本原因在于當(dāng)前的修銼工裝太過(guò)簡(jiǎn)單，既難滿足當(dāng)前大量的修銼需求，又無(wú)法保證修銼質(zhì)量，因此需設(shè)計(jì)新型的裝置來(lái)解決當(dāng)前存在的修銼問(wèn)題。通過(guò)對(duì)修銼中需重點(diǎn)把控的要素進(jìn)行歸納，新型的修銼裝置需滿足以下使用需求：

（1）內(nèi)芯需完全固定。在進(jìn)行電連接器修銼時(shí)，需使用輔助裝置先將內(nèi)芯位置完全固定，避免由于修銼外力導(dǎo)致的內(nèi)芯和介質(zhì)松脫。

（2）滿足通用化使用需求。由于不同微帶天線所選用的電連接器內(nèi)芯尺寸不盡相同，為降低成本，減少工裝數(shù)量，所設(shè)計(jì)的輔助修銼裝置需滿足多尺寸規(guī)格的電連接器修銼需求。

（3）滿足高效率的使用需求。為提高電連接器修銼效率，需以最簡(jiǎn)單、緊湊的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)電連接器內(nèi)芯的快速裝夾及修銼，提升微帶天線的裝配效率。

2.1 總體結(jié)構(gòu)

圖4所設(shè)計(jì)的通用型電連接器修銼裝置包括底座、楔形夾緊結(jié)構(gòu)及頂緊結(jié)構(gòu)三部分。其中，底座是整個(gè)修銼裝置的支撐部件。

圖4 通用型電連接器修銼裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖

楔形夾緊結(jié)構(gòu)包括滑塊1、滑塊2、壓板1、壓板2、調(diào)節(jié)螺釘?shù)龋鬃系拈L(zhǎng)方形槽及兩組壓板構(gòu)成了一個(gè)倒“T”形導(dǎo)向槽，滑塊1、2可沿此導(dǎo)向槽移動(dòng)，構(gòu)成導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)，滑塊移動(dòng)的動(dòng)力來(lái)源于兩側(cè)的調(diào)節(jié)螺釘，調(diào)節(jié)螺釘通過(guò)螺紋與滑塊連接，便于手動(dòng)從兩側(cè)調(diào)整兩個(gè)滑塊的位置，滑塊1、滑塊2采用楔形結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)芯的包圍式夾緊，將夾緊內(nèi)芯的力分散，減少內(nèi)芯在某方向受力過(guò)大造成的變形，且楔形夾緊結(jié)構(gòu)滿足通用化使用需求，可對(duì)多種直徑規(guī)格的電連接器內(nèi)芯進(jìn)行快速夾緊，操作簡(jiǎn)單高效。

圖5所示，頂緊結(jié)構(gòu)包括頂緊板及螺塞，螺塞和底座之間采用螺紋連接的方式進(jìn)行連接。在電連接器的法蘭上有連接孔，但若是采用傳統(tǒng)的螺釘緊固方式固定法蘭，必將增加緊固件裝拆的時(shí)間，對(duì)不同的電連接器需配打不同的螺紋孔，影響修銼裝置的使用高效性和通用性。螺塞和底座之間采用螺紋連接，通過(guò)頂緊板實(shí)現(xiàn)對(duì)電連接器法蘭的頂緊，可大大減少法蘭固定時(shí)間，同時(shí)也使整個(gè)修銼裝置的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單緊湊。在螺塞的底部有內(nèi)六角孔，配合扳手，可實(shí)現(xiàn)頂緊板對(duì)電連接器法蘭的快速頂緊。

圖5 頂緊結(jié)構(gòu)示意圖

在使用此裝置開(kāi)展修銼時(shí)，電連接器直接通過(guò)壓緊的方式固定在修銼裝置上，避免了用緊固件固定帶來(lái)的通用性差、裝拆不方便的問(wèn)題，可大大提高電連接的裝夾效率。滑塊上挖槽避開(kāi)了與絕緣介質(zhì)的配合，保證既能滿足絕緣介質(zhì)尺寸不同的電連接器修銼時(shí)的通用化使用需求，又可避免內(nèi)芯和介質(zhì)同時(shí)約束造成的過(guò)定位。在修銼過(guò)程中也可方便操作者用卡尺隨時(shí)對(duì)修銼后內(nèi)芯的長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，便于把控修銼量。

2.2 實(shí)際應(yīng)用

使用新型裝置對(duì)微帶天線的電連接器內(nèi)芯進(jìn)行修銼，修銼操作流程見(jiàn)圖6，具體如下：

（1）準(zhǔn)備好待修銼的電連接器及修銼裝置，見(jiàn)圖6a。

（2）根據(jù)內(nèi)芯尺寸，調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘，楔形夾緊結(jié)構(gòu)抱緊內(nèi)芯，并保證介質(zhì)上端面貼緊兩個(gè)滑塊底部，見(jiàn)圖6b。

（3）用扳手?jǐn)Q緊螺塞，使頂緊機(jī)構(gòu)壓緊電連接器法蘭。

（4）用銼刀沿垂直于內(nèi)芯軸線的方向移動(dòng)開(kāi)展修銼，采用“修銼-測(cè)量-修銼”的方式開(kāi)展操作，直至內(nèi)芯長(zhǎng)度滿足需求，見(jiàn)圖6c。

（5）取出電連接器，清理多余物，檢查電連接器外觀，要求內(nèi)芯鍍層不應(yīng)有劃傷、脫皮等缺陷；絕緣介質(zhì)表面應(yīng)光滑，平整且無(wú)裂紋、變形、變色，無(wú)金屬絲、金屬塊等多余物[5-7]，即完成電連接器內(nèi)芯的修銼，見(jiàn)圖6d，可開(kāi)展后續(xù)裝配及焊接工作。

圖6 電連接器修銼流程

相對(duì)于傳統(tǒng)的電連接器內(nèi)芯修銼方式，采用本新型裝置可提高修銼效率3倍以上，對(duì)修銼完成的電連接器實(shí)施焊接，整個(gè)微帶天線裝配完成后，對(duì)其開(kāi)展電性能測(cè)試、環(huán)境試驗(yàn)及性能復(fù)測(cè)，產(chǎn)品性能皆符合要求，合格率100%，說(shuō)明此電連接器修銼技術(shù)在微帶天線的生產(chǎn)中是有效且可靠的。

3 后續(xù)改進(jìn)措施

盡管在微帶天線的生產(chǎn)過(guò)程中，針對(duì)電連接器內(nèi)芯過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，可以通過(guò)借助通用型修銼裝置實(shí)現(xiàn)電連接器內(nèi)芯長(zhǎng)度修銼調(diào)整，但在后續(xù)生產(chǎn)中還存在以下問(wèn)題需重視改進(jìn)。

（1）修銼會(huì)將內(nèi)芯的頂端鍍層修掉，影響防護(hù)。針對(duì)此問(wèn)題，在電連接器焊接時(shí)要求焊點(diǎn)能完全覆蓋凸出微帶片的電連接器內(nèi)芯，防止修銼位置在焊接完畢后暴露在空氣中。

（2）修銼產(chǎn)生的應(yīng)力可能會(huì)影響電連接器介質(zhì)和內(nèi)芯的連接。針對(duì)此問(wèn)題，后續(xù)此類(lèi)型微帶天線在進(jìn)行新產(chǎn)品投產(chǎn)時(shí)，需根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際尺寸合理選取電連接器，使電連接器內(nèi)芯伸出微帶片的長(zhǎng)度符合要求，從源頭上避免修銼操作，既可提高天線裝配效率，又可減少修銼帶來(lái)的天線性能隱患，提升微帶天線的裝配可靠性。

4 結(jié)論

針對(duì)微帶天線中射頻微帶電連接器內(nèi)芯需修銼的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種通用型的電連接器修銼裝置，可快速高效地實(shí)現(xiàn)內(nèi)芯長(zhǎng)度修銼，使其滿足焊接長(zhǎng)度要求。此修銼裝置可滿足多類(lèi)型微帶天線射頻同軸電連接器的內(nèi)芯修銼需求，減少修銼過(guò)程中對(duì)操作人員技能水平和熟練程度的依賴，大大提升微帶天線的裝配質(zhì)量及效率。