杜光琴，崔 璇

(陕西华达科技股份有限公司，陕西西安，710065)

1 概述

射频同轴连接器由于其体积小、射频电性能指标优越等特点，在航空航天等系统部件领域中被广泛选用。尤其是气密封连接器由于其良好的密封性能实现整机模块或舱内外密封连接，在航空航天连接器中被大量使用。如果在使用过程中发生微放电现象，使系统的电性能降低进而影响整机信号的传输质量，甚至可能造成整个系统部件的失效。如何保证连接器使用时避免微放电效应发生是密封连接器微放电效应设计的关键。

2 主要技术性能指标

产品主要技术指标如下：

b)频率范围：DC～6GHz；

c)介质耐电压：1000V.rms；

d)电压驻波比(VSWR)： VSWR≤1.2；

e)接触电阻：≤15mΩ(中心接触件)，≤3.0mΩ(外接触件)；

f)绝缘电阻：≥5000MΩ；

g)气密封：漏率≤101.3×10-5Pa·cm3/s；

h)微放电：频率：8GHz，连续波功率10W；

微课的原型是美国爱荷华大学LeRoy.A.McGrew教授提出的“60秒有机化学课程”，他希望凭借这样的手段为公众普及化学相关知识。之后英国纳皮尔大学的T.P.Kee提出了一分钟演讲，使学生加强对知识的理解，避免知识的片面性。2006年，萨尔曼·可汗创立了第一家以网络为载体进行视频授课的非营利性教育组织——可汗学院。2008年，美国新墨西哥州圣胡安学院的高级教学设计师David Penrose率先提出微课概念以及构建微课的五个具体步骤。

i)耐辐照：总剂量1×107rad(Si)，剂量率50～300rad(Si)/s。

3 设计方案

3.1 产品结构的设计

产品要求气密封，耐辐照为1×107rad(Si)，常规的SMA气密封微带连接器结构如图1所示，连接器外壳整体采用可伐合金，与内导体(可伐合金加工)以及玻璃进行烧结，在外导体内形成玻璃烧结段，连接器插孔与烧结组件内导体采用弹性插合的方式。插孔、外壳外圆上有倒刺，通过与绝缘子压配固定。

图1 常规SMA气密封产品结构尺寸示意图

而产品与配接连接器轴向安装空间小，现有的产品结构无法满足要求，故采用反极性结构，内导体、外导体和玻璃直接通过玻璃高温烧结为一体，保证产品的密封性和可靠性。产品结构如图2所示:

图2 产品结构尺寸示意图

3.2 气密封的设计

内导体、外壳的材料相同，均选用铁钴镍玻璃封接合金4J29，因为这种材料属于定膨胀合金，其线性膨胀系数比较稳定，并且使用广泛。在-70℃到300℃的温度范围内，4J29膨胀系数的平均值为45～55×10-7/℃。玻璃粉的材料选择7070玻璃粉。首先7070玻璃粉化学稳定性能和热稳定性能都比较高，绝缘性能良好，介电常数低，加工后性能稳定；其次在室温到300℃的温度变化时7070玻璃粉的线膨胀系数为48～50×10-7/℃，与内导体和外壳的材料4J29线膨胀系数接近，这样在封接过程中减小了应力的产生，从而避免烧结处的开裂；最后7070玻璃粉的润湿性能好，保证了与金属4J29的结合强度。

3.3 电压驻波比的设计

① 根据特性阻抗公式确定内外导体尺寸。

② 利用HFSS仿真软件对密封连接器的电压驻波比的界面尺寸、传输段尺寸及内外导体过渡段的补偿尺寸进行优化仿真。同时要考虑参数在极限状态对仿真结果的影响，如内、外导体的的公差范围，当取不同的公差取向，仿真结果不同。仿真模型如图3所示。仿真结果如图4所示：

图3 密封连接器的建模

图4 电压驻波比仿真结果

产品加工完成后，对加工完成产品进行测试，对测试曲线进行时域分析，在用优化软件对曲线进行拟合，逆向寻找真正影响因素所在，从而调整优化参数。

3.4 微放电的设计

连接器进行微放电设计时，首先要明确产品的工作条件，如使用的频率范围，射频功率等；其次，尽量提高连接器的负载能力，留有足够的功率容限，即微放电设计余量。

1)金属零件镀层的确定

如图5所示，不同材料的微放电间隙电压峰值曲线。金属零件的表面处理是影响微放电的一个重要因素，由于不同表面材料具有不同的二次电子发射系数，材料的二次发射系数越小，则微放电效应阈值越大。金属件表面镀金或银时，二次电子的发射系数较小。考虑产品的盐雾，耐久性等特性，最终产品外壳和内导体采用镍打底镀金。

图5 微放电阈值曲线图

2)镀层质量的保证

产品的镀层质量直接影响产品微放电、盐雾及绝缘电阻等要求，为了保证产品的镀层质量，从以下几个方面进行控制：

①镀前确保玻璃表面清洗干净，为了保证内导体尾部尺寸及产品烧结后的同轴度，玻璃烧结时采用石墨夹具，所以烧结后的玻璃表面会残留一些石墨粉，同时产品的内外导体间的距离短，如果这些石墨粉在镀前未清洗干净，随后在电镀时残留的石墨粉因导电会沉积上镀层，降低产品的微放电功率值及绝缘电阻；

②调整电流密度使镀层厚度分布均匀，由于产品的外壳与内导体为一整体烧结结构，在电镀时由于外壳的屏蔽作用，内导体表面的电流密度容易分布不均匀，使内导体表面镀层的均匀度差，产品在电镀时，通过多次试验，调整电流密度，保证内导体表面镀层的一致性。

3)连接器清洁度的保证

当连接器中清洁度不够时，存在污染物时，减小了获得一个单位次级发射系数所需的原电子能级，从而降低了微放电的阈值。为了保证连接器实际承受的功率值接近于理论计算阈值，应对连接器的清洁度进行保证。

①装配车间要清洁，保证转接器装配在温度范围5℃～40℃，相对湿度≤75%的净化间中进行，避免环境因素造成的多余物影响。制定有效的工艺方法，去除装配前、后零件的多余物；

②装配前，进行零件的超声波清洗，清洗后的零件利用内窥镜进行检查(如图6)，对不易发现和清洗的微小毛刺和多余物进行处理，若无法清理则直接剔除零件；

图6 内窥镜检查

③ 产品包装时的包装袋和包装盒的材料不具有挥发性，时间长后不老化，不能起毛，不能掉渣。

4 产品试验情况

按照确定的设计方案，进行了产品的生产。产品生产出来后，我们对产品进行常规电性能检测，测试数据如表1所示，产品常规性能测试合格。同时进行了微放电测试，测试结果合格。

表1 常规电性能指标测试

5 结束语

由于产品具有体积小、重量轻、低损耗、低驻波、密封性好、高可靠等特点，使其能够广泛应用于微波通讯、航天航海、武器系统及微波测量设备等领域。该产品目前用于国家重点工程项目中，现已上机测试使用反应良好。并实现了良好的经济效益。