一種波紋同軸射頻電纜斷裂的分析和解決方法

四川九洲空管科技有限責(zé)任公司 李盛鈺 彭 志

射頻同軸電纜長(zhǎng)期可靠連接，對(duì)雷達(dá)信號(hào)的傳播起著至關(guān)重要的作用。對(duì)造成波紋同軸射頻電纜使用時(shí)斷裂的原因進(jìn)行了分析，找出了造成電纜斷裂的主要原因，最后采取了糾正措施對(duì)故障件進(jìn)行了重新加工，并通過了驗(yàn)證。

1 問題描述

我公司交付的某型地面產(chǎn)品在架設(shè)后首次通電出現(xiàn)信號(hào)不穩(wěn)定情況，產(chǎn)品終端報(bào)天線開路故障，經(jīng)初步排查發(fā)現(xiàn)地面產(chǎn)品與天線之間相連的20m波紋同軸射頻電纜晃動(dòng)時(shí)故障現(xiàn)象較為明顯，用三用表進(jìn)一步測(cè)試電纜兩端，發(fā)現(xiàn)該電纜芯線存在時(shí)通時(shí)斷的現(xiàn)象。

2 故障定位

2.1 產(chǎn)品描述

電纜組成見表1所示。

表1 故障電纜選材

2.2 故障樹

為了分析和排查故障原因，對(duì)故障件做了仔細(xì)的研究和分析，對(duì)產(chǎn)品故障問題建立了故障樹，如圖1所示。

圖1 電纜問題故障樹

2.3 故障排查

2.3.1 生產(chǎn)加工問題排查

經(jīng)檢查，圖紙資料完備、加工方法同廠家提供的加工方法，電纜經(jīng)通斷、耐壓測(cè)試合格，經(jīng)系統(tǒng)聯(lián)試功能正常，排除生產(chǎn)加工問題。

2.3.2 連接器故障排查

對(duì)連接器外觀進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)連接器尾部及外螺套部分有明顯劃痕，但該劃痕并未對(duì)連接器整體造成變形或損壞，尤其是中心導(dǎo)體無(wú)變形或損傷，排除連接器故障問題。

2.3.3 線材故障排查

對(duì)線材外觀進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)外護(hù)套上有劃痕、磨損及泥沙，但外護(hù)套外觀完整，無(wú)破損、無(wú)鼓包，排除線材故障問題。

2.3.4 連接器與線材連接故障排查

使用三用表對(duì)電纜芯線進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)電纜不通。將用戶標(biāo)識(shí)的“已壞”端（連接器型號(hào)：11_N-50-5-400/103_U）拆開，發(fā)現(xiàn)芯線斷裂，具體情況如圖2所示。

對(duì)拆開部分進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)芯線斷裂處到連接器（連接器型號(hào)：11_L16-50-M5-14HF）導(dǎo)通正常，芯線斷裂處到連接器（連接器型號(hào)：11_N-50-5-400/103_U）導(dǎo)通正常。

2.3.5 初步定位

經(jīng)上述分析排查，初步判定電纜信號(hào)不通是由于連接器與線纜連接處電纜芯線斷裂所致。

2.3.6 初步分析

芯線斷裂可能由以下3個(gè)原因所致：

（1）剝線過程對(duì)芯線造成損傷，導(dǎo)致芯線在振動(dòng)、運(yùn)輸過程中損壞。經(jīng)外觀檢查發(fā)現(xiàn)芯線無(wú)明顯切傷痕跡，可排除加工損壞。

（2）芯線承受扭力，被扭斷。對(duì)連接器結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)中心導(dǎo)體可與芯線一起轉(zhuǎn)動(dòng)，可排除扭力損壞。

（3）芯線承受拉力，被拉斷。電纜外部波紋為螺旋狀，當(dāng)電纜發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，線材會(huì)螺旋后退，導(dǎo)致電纜芯線被拉斷。

3 原因分析

正常使用過程中，無(wú)法避免電纜的扭、折、旋轉(zhuǎn)。該電纜為波紋同軸電纜，其結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。波紋管與連接器尾附件間的鎖緊力不夠大，無(wú)法克服電纜旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的摩擦力，當(dāng)電纜逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)由螺紋帶動(dòng)電纜線材后退，線材與連接器尾附件產(chǎn)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)。

波紋電纜的螺紋間距是2.2mm，當(dāng)線材與連接器尾附件發(fā)生360°相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)，線材后退2.2mm。電纜芯線為銅包鋁線，該芯線的抗拉強(qiáng)度是138MPa，伸長(zhǎng)率為15%。芯線直徑3mm，破壞應(yīng)變是0.45mm，當(dāng)線材與連接器尾附件發(fā)生70°相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)電纜芯線被拉斷。

經(jīng)上訴分析，確認(rèn)芯線斷裂是由于電纜轉(zhuǎn)動(dòng)造成的電纜后退，將芯線拉斷。

4 故障復(fù)現(xiàn)

根據(jù)以上分析，我們嚴(yán)格按照線材及器件廠家提供的電纜制造工藝制作一根全新的電纜，并進(jìn)行試驗(yàn)。模擬電纜扭、折、旋轉(zhuǎn)。發(fā)現(xiàn)線材逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°時(shí)，波紋管與連接器尾部的鎖緊力失效，連接器中心導(dǎo)體隨電纜轉(zhuǎn)動(dòng)。繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，線材與連接器尾附件發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)，線材開始后退。繼續(xù)旋轉(zhuǎn)90°，芯線斷裂，信號(hào)不通，與故障現(xiàn)象一致。將線纜順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，信號(hào)再次接通，與外場(chǎng)信號(hào)時(shí)通時(shí)斷情況相符。

圖2 芯線斷裂外觀圖

圖3 波紋同軸外觀圖

圖3 端面翻口示意圖

5 糾正措施及驗(yàn)證情況

5.1 糾正措施

根據(jù)原因分析，對(duì)電纜制作工藝進(jìn)行改進(jìn)，在原工序基礎(chǔ)上增加一道工序，現(xiàn)電纜制作工序如下：

（1）剝線，剝線長(zhǎng)度在原基礎(chǔ)上增加4mm。

（2）旋緊尾附件。

（3）將端面用工裝翻口，翻口效果如圖3所示。此為增加工序，其目的在于加大旋轉(zhuǎn)的摩擦力及電纜止退。

（4）旋緊連接器頭部。

（5）焊接。

5.2 驗(yàn)證情況

驗(yàn)證情況如下：

（1）機(jī)械性能方面：正常使用情況下電纜無(wú)法在進(jìn)行120°旋轉(zhuǎn)（端面翻口，旋轉(zhuǎn)的摩擦力增大），只能旋轉(zhuǎn)至90°。進(jìn)行順時(shí)針及逆時(shí)針90°旋轉(zhuǎn)；旋轉(zhuǎn)50余次，未發(fā)生芯線斷裂現(xiàn)象，電纜通斷測(cè)試合格。

（2）電纜性能方面：經(jīng)測(cè)試采用此方法制作的電纜各項(xiàng)指標(biāo)與原電纜各項(xiàng)指標(biāo)無(wú)明顯差異。

采取糾正措施加工的電纜交付用戶后，未出現(xiàn)故障，表明措施有效。

結(jié)論：根據(jù)故障分析、故障復(fù)現(xiàn)和試驗(yàn)驗(yàn)證，此故障的根源是連接器尾附件與線材波紋管間的鎖緊力不夠大，造成電纜正常使用時(shí)線材與連接器尾附件發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致芯線被拉斷。