随着科学技术不断进步，传输通信系统对电缆组件稳相要求逐渐升高[1-3]。一般稳相电缆组件是通过1根稳相电缆与2个射频同轴连接器构成[4]。连接器是连接元件之间的重要介质，同轴连接器结构一般属于螺纹式连接器，该连接器插孔与插针依据螺纹锁紧力的作用程度进行连接，通过直插式使插孔与插针连接形成一个刚性个体[5]。为便于连接器的广泛应用，设置该连接器为可拆卸形式，拆卸过程会不可避免地造成人为误差，导致电缆组件机械长度不定，降低电缆组件相位稳定性。为保障电缆组件稳相性，还需深入研究合适的电缆组件装配技术[6]。

众多学者为此展开研究，李树飞等人[7]提出通过智能孔位检测方法精准定位连接器内插孔位置，提升电缆组件装配效果，该方法装配准确性高，但其过于依赖机器技术，在连接器装配过程中，若连接器出现漏装或者错装导线孔位，则该方法装配结果会产生误差，造成连接器装配结果不稳定。单根立等人[8]提出通过工业PC与PLC结合智能控制实现连接器与多芯电缆装配，该方法将连接器依据焊杯顺序进行标记，并与多芯电缆线号一一对应，可有效减少人工误差，提升装配效率，但该方法未考虑连接器材料及装配质量问题。

多芯集成连接器是依据玻璃烧结形式，采用焊接技术在封装盒体侧壁完成多芯集成连接器连接，将多数量插针依据固定顺序结构和金属外壳实现集成，该类型连接器具有互通密度高且装配体积小的优点。因此，文中提出基于多芯集成连接器的稳相电缆组件装配技术。

1、稳相电缆组件装配技术

1.1 电缆组件稳相定义

电缆组件稳相包含温度相位与机械相位稳定情况[9]。温度稳相表示设定一定工作频率和温度区间下，电缆组件的相位波动未超过设定范围；机械稳相表示设定一定的工作频率和机械应力情况下，电缆组件的相位波动依旧保持在设定范围内。依据电磁场定义，同轴电缆组件内射频信号通过电磁波模式连续前向传播，传播速度小于光速，且和同轴电缆传播介质的介电常数相关[10]。电磁波的工作波长表达式为：

式中：C为真空环境内的光速，C=3×108m/s;h为工作频率。

则同轴电缆内射频信号的工作波长为：

式中：εa为同轴电缆传播介质的介电常数。

由于单个波长的相位为2π=360°,因此1°相对同轴电缆内射频信号工作波长为λg/360°。由此可知，电缆组件稳相特性通过电缆长度的稳定性体现[11]。

同一时刻相同长度传输电缆输入信号表达式为：

式中：t为信号传输时间；VL为负载电压；ϕ为原始相位；ω为角频率。

为便于了解2段不同长度电缆的输入信号相位差，将ω设为每秒1°、ϕ设为0、VL设为1 V,则电缆输入信号表达式为：

将信号通过2段不同长度的电缆进行传播，分别设定长和短电缆信号传输延时分别为Δt+t1,t1,将不同长度电缆信号传输延时代入式(4),得出不同电缆长度相同时间内接收的输入信号分别为cos[t-(Δt+t1)],cos(t-t1)。由此可知，电缆长度与信号传输时间成正比，电缆长度越长，电缆组件相位越小；反之，电缆组件相位越大。

稳相电缆组件表示1组射频电缆组件内，选取1根电缆组件为基础，其他射频电缆组件与该电缆组件相位差数值处于设定区间内，通过以上对电缆组件稳相特性分析[12],可得出电缆长度差为：

通过式(5)求解波段相位差1°时，波长工作频率相对的电缆长度，结果见表1。

表1 相位差相对的电缆长度

当频率逐渐增加，相位差1°对应的电缆长度逐渐变小，电缆长度变化趋势随着频率增加而逐渐变平稳。当相位差设定为1°时，为保障电缆相位精度，电缆长度误差需设置在0.1 mm以内。

1.2 多芯集成连接器及稳相电缆组件结构

1.2.1 多芯集成连接器

多芯集成连接器工作原理是通过调节连接器长度达到电缆组件相位调整目的。多芯集成连接器的内导体可作为一个插孔与插针组合形式[13-14],通过调整插孔与插针的接触距离来改变整个电缆组件长度，实现电缆组件相位调整。多芯集成连接器内部结构如图1所示。

图1 多芯集成连接器内部结构

多芯集成连接器一般由射频输送元件、固定元件、互联元件及封装盒体四部分组成。多芯集成连接器外壳和插针材料一般选择KOVAR合金，并通过烧结玻璃体将外壳和插针衔接在一起。由于钎焊接头光滑、变形较小，适用于焊接复杂、密度及材料组成不同的构件，因此，多芯集成连接器焊接时一般采用钎焊方式，并且选择的钎剂熔点要低，钎剂熔点一般小于150 ℃。清洗侧壁表面，以搭接形式将外壳装配到一起，把钎料放在接头间隙附近或接头间隙之间，在封装盒体侧壁完成全部钎焊。封装盒体一般采用硅铝合金材料，可有效与连接器的外壳材料产生热匹配，保障多芯集成连接器热导率与热膨胀系数综合平衡[15]。

1.2.2 多芯集成连接器的稳相电缆组件结构

稳相电缆组件结构如图2所示。

图2 稳相电缆组件结构

设置该稳相电缆组件为多芯集成连接器，两端分别为圆形和矩形多芯插针，且相同线束内电缆相位相同，电缆组件通过多芯集成连接器进行相位配相处理，相位配相首先需选择适合的同轴电缆，其次设计多芯集成连接器内两端插针，保证电缆配相能力。

1.3 多芯集成连接器的稳相电缆组件装配技术

稳相电缆组件装配步骤：首先装配多芯集成连接器，其次完成电缆组件装配。稳相电缆组件装配流程如图3所示。

图3 稳相电缆组件装配流程

稳相电缆组件装配流程内需合理调整各个装配流程，保障稳相电缆组件装配时的合理性、清晰性，保障稳相电缆组件内相位校验准确且配相便捷。稳相电缆组件装配流程如下：准备电缆材料，将电缆经下线、检验、清洁、备辅料等一系列准备工作之后，进行电缆剥线，将剥线后的电缆下线到电缆焊接部分，先将电缆焊套与多芯集成连接器进行焊接并检验，其次将多芯集成器插针与电缆焊接，电缆与多芯集成连接器完成以上两步焊接之后，进行相位测试。电缆组件相位测试成功后，再安装连接器尾端，并复测电缆组件相位。之后将电缆组件进行总体检验，检验合格的电缆组件便可纳入电缆组件资源库内。

多芯集成连接器与电缆之间紧密性决定电缆组件应用时射频输送信号的稳定性。焊接属于一种常用装配技术，具有稳固且简易的特点。因此，多芯集成连接器的装配工艺选择焊接方式，以增加多芯集成连接器与电缆之间稳固性。当进行多芯集成连接器焊接时，需注意以下几点：

(1)需保证钎料完全润湿，且润湿角不超过90°,并保持多芯集成连接器与焊杯之间焊点清洁、光滑。为了确保钎料的润湿性，需要严格控制钎焊温度和时间。温度过低或时间不足都可能导致钎料无法充分润湿，而温度过高或时间过长则可能损坏连接器或焊杯，影响钎焊质量。此外，钎料的种类和纯度也是影响润湿性的关键因素，选择高品质的钎料能够显著提高焊接效果。

(2)焊锡锡点需保持匀称，这意味着焊锡在焊点上的分布要均匀，不能出现部分焊点钎料过多或过少的情况。对于每个焊点的焊接时间需严格要求。正常的焊接时间应控制在4 s内，以确保焊锡能够充分熔化并与钎焊面形成良好的结合。连续焊接时间应控制在10 s内，以避免焊接区域过热，造成材料损伤或钎焊质量下降。如果需要进行长时间的焊接，应当进行间断式焊接以降低焊接区域的温度，保证钎焊质量。

(3)焊杯内的焊锡状态也是需要关注的重点。焊杯内应保持焊锡处于基本或者完全充满状态，以确保在焊接过程中能够提供足够的焊锡量。如果焊杯内存在锡点或杂质，应及时清除，以避免对钎焊质量造成影响。

(4)针对多芯集成连接器内具有单板的焊接，焊锡需保证附着在导体高度大于等于电缆直径的1/4。

(5)对于电阻式焊机，需保持焊接工艺对电缆组件的功能作用效果最小，因此电阻式焊机输出电压维持在(r+1)×0.1(r为工件直径)数值内。在焊接过程中，电阻式焊机会实时监控输出电压，确保其在设定范围内波动。如果输出电压超出范围，设备会立即发出警报并停止工作，以避免对电缆组件造成损害。

多芯集成连接器与电缆的焊接流程：首先将焊压套和电缆进行焊接；再压接多芯集成连接器与焊压套的固定架构，采用挤压的方式将多芯集成连接器外壳尾部的薄壁压接套进行处理，达到电缆外保护套锁死目的，压接套材料一般选择锦纶丝套与轻型防波套2种；焊压套接收来自斜面方向形变生成的轴向推力，以此实现电缆编织层压紧状态，最终将电缆与多芯集成连接器焊接牢固。这种焊接方式不仅能够焊接电缆的编织层，还能够将电缆编织端面进行压接，从而进一步增强电缆组件装配连接的紧密性。这种紧密性不仅提高了电缆组件的电气性能，还确保了其在各种复杂环境下的稳定性和可靠性。

当多芯集成连接器与电缆进行焊接时，焊接最大应力一般集中在多芯集成连接器端头位置，因此需要尽可能减少焊接应力对多芯集成连接器的作用。将多芯集成连接器钎焊在该连接器封装盒体上，可有效减少该连接器内玻璃烧结受到的焊接应力，降低多芯集成连接器温冲流程的漏气危险。

综上所述，完成了多芯集成连接器的稳相电缆组件装配。

2、结果分析

2.1 多芯集成连接器技术指标

为验证本文技术的多芯集成连接器的稳相电缆组件装配结果，构建多芯集成连接器装配自动化试验平台，设置稳相电缆组件装配技术指标，见表2。以表2所示的稳相电缆组件装配技术指标为标准，应用本文技术进行基于多芯集成连接器的稳相电缆组件装配，通过稳相电缆组件的装配压装力分析、插孔定位分析、相位分析及电缆线束拉力分析验证本文装配技术优势。

表2 稳相多芯集成射频同轴电缆组件装配技术指标

2.2 多芯集成连接器的稳相电缆组件装配压装力分析

多芯集成连接器的电缆组件在装配过程中会产生压装力，压装力反映装配过程内2个工件从过盈量到适配的过程，最大压装力数值越小，说明连接器与插孔之间适合程度越大。随机选取300组利用本文技术装配获取的多芯集成连接器装配数据，统计多芯集成连接器装配过程内产生的最大压装力，以及该连接器最大压装力数据分布情况，结果如图4所示。

通过图4可知，多芯集成连接器装配过程中最大压装力区间是3～17 N,最大压装力最高达16.9 N,最大压装力最低数值为3.91 N。该连接器最大压装力<5 N的数据占总装配数据的52%,共有156组最大压装力数值最小装配数据；最大压装力在6～8 N之间的数据占总装配数据的25%,共有75组；最大压装力在9～11 N之间的数据占总装配数据的15%,共有45组；最大压装力在12～14 N之间的数据占总装配数据的6%,共有18组；最大压装力在15～17 N之间的数据占总装配数据的2%,共有6组。试验说明：本文技术装配后的稳相电缆组件最大压装力最小值比例超过总数一半，说明本文技术的多芯集成连接器与电缆装配适合度较高，符合稳相电缆组件装配标准。

图4 多芯集成连接器装配压装力

2.3 多芯集成连接器的稳相电缆组件插孔定位分析

通过多芯集成连接器插孔定位分析，判断本文技术的多芯集成连接器的稳相电缆组件装配精度，本试验随机抽取30组多芯集成连接器的稳相电缆组件，通过PC机进行多芯集成连接器装配图像采集，并根据扫描线直方图方法获取该连接器内插孔位置，采集后的多芯集成连接器插孔采用插孔定位算法确定该连接器插孔中心位置。将采用本文技术对多芯集成连接器装配后的插孔中心位置与电缆组件标准插孔中心位置进行比较，试验结果如图5所示。通过图5可知，蓝色方块代表电缆组件标准插孔中心，虚线圆圈代表插孔中心位置误差区间。应用本文技术进行多芯集成连接器装配后的电缆组件插孔中心位置基本保持在虚线圆圈内，且插孔中心误差数值均保持在±0.3 mm区间内。试验说明：本文技术进行多芯集成连接器装配后的插孔中心位置误差极小，可忽略不计，且其精度满足电缆组件装配需求。

图5 多芯集成连接器插孔的定位误差

2.4 多芯集成连接器的电缆组件相位分析

电缆组件的相位数值会影响电缆组件装配稳定性，依据电缆组件结构和装配工艺，以及表2装配技术指标，设置频率为4 GHz和8 GHz情况下标准相位分别为2.5°和6°,将本文技术装配后的稳相电缆组件的相位数据与标准相位数据进行对比，结果如图6所示。

图6 多芯集成连接器的电缆组件装配后相位数据

通过图6可知，处于4 GHz频率时，该电缆组件标准相位为2.5°,本文技术装配后的电缆组件相位变化趋势与电缆组件标准相位变化趋势基本保持一致，且本文技术装配后的电缆组件相位数值与标准相位数值相比差距未超过±3°;处于8 GHz频率时，该电缆组件标准相位为6°,本文技术装配后的电缆组件相位变化与电缆组件标准相位变化趋势基本保持一致，且本文技术装配后的电缆组件相位数值与标准相位数值相比差距未超过±6°。试验说明：随着时间不断增长，多芯集成连接器电缆组件相位变化均未超过表2内相位一致性控制区间±3°(4 GHz);±6°(8 GHz),本文技术装配后的电缆组件符合稳相电缆组件装配标准。

2.5 多芯集成连接器装配的电缆线束拉力分析

通过测试多芯集成连接器装配后的电缆组件线束拉力，验证本文技术多芯集成连接器的电缆组件装配稳固性。装配稳相电缆组件的六芯集成连接器圆形与矩形插针外壳的压接套分别选取轻型防波套与锦纶丝套2种材料，将具备圆形和矩形2种插针外壳的2种保护材料的电缆组件线束各选2根，利用HT-101SC型号拉力机进行拉力测试，结果见表3。

表3 多芯集成连接器的稳相电缆组件拉力测试结果

根据表3可知，多芯集成连接器矩形插针最小断裂载荷数值比圆形插针的大，说明多芯集成连接器矩形插针承受拉力比圆形插针的大；多芯集成连接器2种插针外壳保护材料锦纶丝套比轻型防波套承受拉力数值高，最大承受拉力490 N。试验说明：本文技术装配电缆组件时，多芯集成连接器的插针外壳保护材料应选择锦纶丝套，且多芯集成连接器选取矩形插针，可更好保障多芯集成连接器的稳相电缆组件装配稳固性。

3、结论

研究多芯集成连接器的稳相电缆组件装配技术，提升电缆信号传输稳定性。该装配技术可通过钎焊方式连接多芯集成连接器，提升多芯集成连接器与电缆之间稳固性，获取相位稳定的电缆组件。试验说明：本文技术装配后的电缆组件适合度较高；多芯集成连接器的电缆组件装配后插孔中心位置误差为±0.3 mm, 基本可忽略不计；多芯集成连接器装配后相位数值未超出电缆组件标准相位数值，增加电缆组件稳相状况，本文技术装配后的电缆组件应用性较高；选取多芯集成连接器内矩形插针且外壳保护材料选择锦纶丝套材料，实现电缆组件装配，可提升多芯集成连接器的稳相电缆组件装配稳固性。

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文章来源:徐驰,刘祁,封栋栋,等.基于多芯集成连接器的稳相电缆组件装配技术研究[J].焊接技术,2024,53(11):134-139.