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

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

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)信號不穩(wěn)定情況，產(chǎn)品終端報天線開路故障，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時故障現(xiàn)象較為明顯，用三用表進一步測試電纜兩端，發(fā)現(xiàn)該電纜芯線存在時通時斷的現(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，對故障件做了仔細的研究和分析，對產(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

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

2.3.3 線材故障排查

對線材外觀進行檢查，發(fā)現(xiàn)外護套上有劃痕、磨損及泥沙，但外護套外觀完整，無破損、無鼓包，排除線材故障問題。

2.3.4 連接器與線材連接故障排查

使用三用表對電纜芯線進行檢測，發(fā)現(xiàn)電纜不通。將用戶標識的“已壞”端（連接器型號：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。

對拆開部分進行測試，發(fā)現(xiàn)芯線斷裂處到連接器（連接器型號：11_L16-50-M5-14HF）導(dǎo)通正常，芯線斷裂處到連接器（連接器型號：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個原因所致：

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

（2）芯線承受扭力，被扭斷。對連接器結(jié)構(gòu)進行分析，發(fā)現(xiàn)中心導(dǎo)體可與芯線一起轉(zhuǎn)動，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，當電纜發(fā)生旋轉(zhuǎn)時，線材會螺旋后退，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，無法克服電纜旋轉(zhuǎn)帶來的摩擦力，當電纜逆時針旋轉(zhuǎn)時由螺紋帶動電纜線材后退，線材與連接器尾附件產(chǎn)生相對旋轉(zhuǎn)。

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

經(jīng)上訴分析，確認芯線斷裂是由于電纜轉(zhuǎn)動造成的電纜后退，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，并進行試驗。模擬電纜扭、折、旋轉(zhuǎn)。發(fā)現(xiàn)線材逆時針旋轉(zhuǎn)30°時，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。繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，線材與連接器尾附件發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)，線材開始后退。繼續(xù)旋轉(zhuǎn)90°，芯線斷裂，信號不通，與故障現(xiàn)象一致。將線纜順時針旋轉(zhuǎn)，信號再次接通，與外場信號時通時斷情況相符。

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 糾正措施及驗證情況

5.1 糾正措施

根據(jù)原因分析，對電纜制作工藝進行改進，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 驗證情況

驗證情況如下：

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

（2）電纜性能方面：經(jīng)測試采用此方法制作的電纜各項指標與原電纜各項指標無明顯差異。

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)和試驗驗證，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線材與連接器尾附件發(fā)生相對旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致芯線被拉斷。