CN106711602B - 一种用于高温条件下异质金属间高频信号传输连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高温条件下异质金属间高频信号传输连接方法，所述的连接方法包含以下步骤：1)装配压力传感器组件2)装配高温射频电缆组件3)将高温射频电缆组件平放在压力传感器组件上，陶瓷天线向上，施加压力使电缆压接头压入高温射频电缆组件上陶瓷天线的馈电孔内。所述方法能够解决目前焊接工艺不适合应用于高温环境下(750℃以上)射频电缆与陶瓷天线的连接问题，在装配和使用过程中，应用较小的压接力就能使金属产品弹性变形达到金属与陶瓷天线连接的目的，陶瓷天线不会因为孔内压力过大发生破损，所述连接方法使电缆线芯与孔内金属涂层的充分接触以保证信号传输。

Description

一种用于高温条件下异质金属间高频信号传输连接方法

发明领域

本发明涉及一种信号传输连接方法，尤其涉及一种用于高温条件下异质金属间高频信号传输连接方法。

背景技术

天线的基板是陶瓷材料，陶瓷基板的上下两面都有不同形状的金属镀层，靠近中间的位置有一个小圆孔，圆孔内壁也有金属镀层。电缆与天线的连接，就是电缆线芯与圆孔内壁的连接。目前主流的连接方式是焊接。陶瓷与金属的焊接是当前工程领域研究的热点和难点，由于其中一种的主材是陶瓷，属于不能融化的材料，所以钎焊是目前采用的主要焊接方法，但是该方法仍处于研究阶段，工程应用中相关工艺还不成熟。经过查阅资料和多次焊接试验，电缆与天线接头的钎焊有下列缺点：

1、难以找到合适的钎料。目前电缆接头焊接中，大多采用锡焊，锡焊后的接头，连接性能好、焊接工艺比较成熟。但是在750℃的高温环境下，锡料已经融化，无法正常使用。除此之外，陶瓷与金属焊接常用的焊接钎料如下表。

表1陶瓷与金属焊接常用的焊接钎料

钎料	锡焊	Ag基钎料	Ni基钎料	Ti基钎料
					焊接温度	200～400℃	800～1100℃	1000～1400℃	1300℃左右

上表中，几种钎料的融化温度都高于电缆组件的使用温度。由于天线表面的金属镀层是含Ag的合金。即使采用焊接温度最低的Ag基钎料进行高温焊接，也可能会对天线表面的金属镀层造成破坏，影响天线的信号发射和接收。

2、陶瓷属于脆性材料，虽然硬度很高，但是韧性很差，在外力作用下(如拉伸、冲击等)仅产生很小的变形就能产生破坏和断裂，由于钎焊过程中难免会产生的焊件受热不均而在焊件内部产生热应力，陶瓷材料在这种情况下很容易发生破裂，焊接工艺复杂，对加热方式、温度控制要求较高。

综上，焊接工艺并不适合应用于高温环境下(750℃以上)射频电缆与陶瓷天线的连接。本发明的连接方法能够使电缆线芯与孔内金属涂层的充分接触以保证信号传输，在装配和使用过程中，应用较小的压接力使金属产品弹性变形达到金属与陶瓷天线连接的目的，陶瓷天线不会因为孔内压力过大发生破损。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种用于高温条件下异质金属间高频信号传输连接方法，用以解决目前焊接工艺不适合应用于高温环境下(750℃以上)射频电缆与陶瓷天线的连接问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种用于高温条件下异质金属间高频信号传输连接方法，其特征在于所述的连接方法包含以下步骤：

1)装配压力传感器组件；

2)装配高温射频电缆组件，所述高温射频电缆组件主要包括天线背板、陶瓷天线和高温射频电缆，陶瓷天线固定在天线背板的背面，高温射频电缆固定在天线背板的正面，天线背板的中心孔与陶瓷天线的馈电孔相通，高温射频电缆的线芯穿过天线背板的中心孔，从陶瓷天线的馈电孔穿出；

3)将高温射频电缆组件平放在压力传感器组件上，陶瓷天线向上，施加压力使电缆压接头压入高温射频电缆组件上陶瓷天线的馈电孔内。

进一步地，所述步骤1)压力传感器组件包括传感器底座、传感器顶座和S形压力传感器，传感器底座的中心有阶梯孔，传感器顶座的上面有凹槽I和凹槽II，传感器顶座的中心有通孔，S形压力传感器通过螺钉固定在传感器底座和传感器顶座之间，组成所述压力传感器组件。

传感器底座材料为铝合金，尺寸为150mm×150mm×20mm，传感器底座的体积较大，能够增加整个压接装配系统的稳定性。传感器底座中心的阶梯孔可以安装固定螺钉，将S形压力传感器固定在传感器底座上。

传感器顶座的中心的通孔，用于安装固定螺钉，将传感器顶座固定在S形传感器的上端。压接装配过程中需要将整个高温射频电缆组件平放在传感器顶座上，并且高温射频电缆组件上有凸起的高温射频电缆和凸台，传感器顶座的上面的凹槽I和凹槽II分别对高温射频电缆组件上凸起的高温射频电缆和凸台进行避让，保证高温射频电缆组件能够平放在传感器顶座上。

进一步地，所述高温射频电缆组件还包括陶瓷堵头、电缆压块I和电缆压块II，所述步骤2)包含以下步骤：

2-1)用旋转式剪线钳对高温射频电缆进行裁剪处理，用电缆折弯工装对高温射频电缆进行折弯处理；

2-2)在高温射频电缆裁剪后的一端安装陶瓷堵头，高温射频电缆的线芯穿过陶瓷堵头的孔；

2-3)用螺钉将陶瓷天线固定在天线背板的背面，天线背板的中心孔与陶瓷天线的馈电孔相通，用电缆压块I和电缆压块II将高温射频电缆固定在天线背板的正面，高温射频电缆的线芯穿过天线背板的中心孔，从陶瓷天线的馈电孔穿出。

更进一步地，所述电缆折弯工装由上盖、底座和转动销组成，折弯工装的上盖有固定孔和圆槽，底座有固定孔和圆槽，上盖和底座的圆槽边缘进行倒角处理，转动销插入上盖和底座的固定孔，连接上盖和底座，上盖以转动销为轴转动。

由于电缆的末端需要安装圆形的陶瓷堵头，为防止电缆末端变形采用旋转式剪线钳对电缆进行裁剪处理，保证剪切口为圆形。

高温射频电缆传统的手工折弯，无法保证电缆的尺寸精度，若多次折弯会造成二氧化硅粉末脱落和电缆介电常数发生变化，而且高温射频电缆较粗，在电缆折弯处横截面容易变形，使用折弯工装进行电缆折弯是一次性成型，避免多次折弯，保证电缆成型的准确。折弯工装的上盖有圆槽，电缆能够沿工装内的圆柱槽折弯，进而保证电缆在折弯过程中不变形，折弯后用台钳加紧2-3分钟，能够防止电缆回弹。

高温射频电缆的线芯和外层金属都是可耐高温的铜，外层金属和线芯中间的介质是二氧化硅粉末，陶瓷堵头可以防止高温射频电缆中的二氧化硅粉末漏出，避免由于电缆外导体与陶瓷天线金属涂层接触造成的短路，所述步骤2-2)中，用镊子在裁剪后高温射频电缆的端口处挖去的二氧化硅粉末后安装陶瓷堵头。

更进一步地，所述天线背板的背面为平面，天线背板上有中心孔，天线背板的正面有凹槽和凸台，凹槽和凸台与所述电缆压块I和电缆压块II配合从两个相互垂直的方向固定高温射频电缆，凹槽和凸台上的螺纹孔均为四个。

天线背板是高温射频电缆组件的支撑部件，采用钛合金加工而成，具有重量轻，硬度高，耐高温的特性。天线背板正面有凹槽和凸台，凹槽和凸台与电缆压块I和电缆压块II配合可以从两个相互垂直的方向固定高温射频电缆，由于电缆有最小的折弯角，凹槽能够尽量降低整个组件的高度，保证实际使用的要求。

由于高温射频电缆组件是在高温并有剧烈震动的环境中使用，天线背板上凹槽和凸台上螺纹孔采用冗余设计，均为四个，能够防止因为个别螺钉、螺纹的质量问题或装配过程中的预紧力不够而引起螺钉的脱落、松动，保证整个高温射频电缆组件的质量。

天线背板的背面为平面，用来固定陶瓷天线，保证天线背板和陶瓷天线的充分接触，天线背板的中心孔能够使高温射频电缆线芯从天线上的圆孔中穿出。

进一步地，所述步骤3)包含以下步骤：

3-1)将高温射频电缆组件平放在传感器顶座上，天线背板与传感器顶座接触，高温射频电缆和凸台分别进入传感器顶座的凹槽I和凹槽II内；

3-2)施加压力将电缆压接头压入陶瓷天线的馈电孔内，用S形压力传感器监测压力，当压力达到预设压力值时，恒压30秒后停止；

3-3)剪去多余的电缆压接头和高温射频电缆的线芯，压接结束。

更进一步地，所述步骤3-2)电缆压接头为偏心圆结构，有外圆与内圆，电缆压接头的端口截面为月牙形，电缆压接头整体为锥形。

再进一步地，所述电缆压接头外圆与内圆偏心距为0.3mm，内圆直径为0.9mm，大端外圆直径为1.5mm，小端外圆直径为1.29mm，压接头整体锥角为1°，长度为6mm。

在压接过程中，电缆压接头和线芯会发生弹性变形，尤其在高温环境中使用，这种变形会因金属受热膨胀而变大。用电缆压接头进行压接，当发生变形时，电缆压接头的金属可以填充到两侧的缝隙，使得电缆压接头与陶瓷天线馈电孔的内壁接触充分，挤压力分布均匀，防止因金属的变形和膨胀损坏陶瓷天线。

更近一步地，所述步骤3-2)预设压力值为93-103N。

经过有限元受力分析和反复试验，确定压接力为93-103N。

本发明有益效果如下：

本发明提供的连接方法能够解决目前焊接工艺不适合应用于高温环境下(750℃以上)射频电缆与陶瓷天线的连接问题，并具有一定的抗高速震动的能力，本连接方法使电缆线芯与孔内金属涂层的充分接触以保证信号传输，压接装配后的组件在3GHz的频率内，电压驻波比≤1.30±10％，插入损耗小于等于0.4+0.7*L(dB)±13％(常温)。在装配和使用过程中，应用较小的压接力就能使金属产品弹性变形达到金属与陶瓷天线连接的目的，陶瓷天线不会因为孔内压力过大发生破损。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1是压力传感器组件示意图。

图2是传感器底座示意图。

图3是传感器顶座示意图。

图4是高温射频电缆组件示意图。

图5是折弯工装整体示意图。

图6是折弯工装的上盖示意图。

图7是折弯工装的底座示意图。

图8是高温射频电缆折弯过程示意图。

图9是陶瓷堵头安装示意图。

图10是电缆压接头示意图。

图11是压接装配过程示意图。

其中：1-传感器底座，2-S形压力传感器，3-传感器顶座，4-阶梯孔，5-凹槽I，6-凹槽II，7-通孔，8-陶瓷天线，9-馈电孔，10-天线背板，11-凹槽，12-中心孔，13-凸台，14-电缆压块I，15-陶瓷堵头，16-高温射频电缆，17-电缆压块II，18-上盖，19-底座，20-转动销，21-圆槽，22-固定孔，23-圆槽，24-固定孔，25-电缆压接头。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

一种用于高温条件下异质金属间高频信号传输连接方法，所述的连接方法包含以下步骤：

1)装配压力传感器组件：

传感器底座1材料为铝合金，尺寸为150mm×150mm×20mm，通过传感器底座1中心的阶梯孔4，用固定螺钉将S形压力传感器2固定在传感器底座1上，通过传感器顶座3的中心的通孔7，安装固定螺钉，将传感器顶座3固定在S形传感器2的上端，传感器顶座3的上面的凹槽I5和凹槽II6分别对准高温射频电缆组件上凸起的高温射频电缆16和凸台13，保证高温射频电缆组件能够平放在传感器顶座3上。

2)装配高温射频电缆组件：所述高温射频电缆组件包括天线背板10、陶瓷天线8、高温射频电缆16、陶瓷堵头15、电缆压块I14、电缆压块II17和螺钉，包含以下几个步骤：

2-1)用旋转式剪线钳对高温射频电缆16进行裁剪处理，用电缆折弯工装对高温射频电缆16进行折弯处理，高温射频电缆16折弯90°，折弯半径为7mm，折弯后用台钳加紧2-3分钟，防止电缆回弹。

2-2)高温射频电缆16的线芯穿过陶瓷堵头15的孔；高温射频电缆16的直径为3.7mm，线芯直径为0.9mm，外层金属和线芯中间的介质是二氧化硅粉末，用镊子在在高温射频电缆16裁剪后的一端挖去深度为0.4～0.6mm的二氧化硅粉末，安装陶瓷堵头15，高温射频电缆16的线芯穿过陶瓷堵头15的孔。

2-3)用螺钉将陶瓷天线8固定在由钛合金加工而成的天线背板10的背面，天线背板10和陶瓷天线8充分接触，天线背板10的中心孔12与陶瓷天线8的馈电孔9相通。用电缆压块I14和电缆压块II17将高温射频电缆16固定在天线背板10的正面，天线背板10正面的凹槽11和凸台13与电缆压块I14和电缆压块II17配合从两个相互垂直的方向固定高温射频电缆16，用螺钉压紧电缆压块I14和电缆压块II17，高温射频电缆16的线芯穿过天线背板10的中心孔12，从陶瓷天线8的馈电孔9穿出，

3)将高温射频电缆组件平放在压力传感器组件上，陶瓷天线8向上，施加压力使电缆压接头25压入高温射频电缆组件上陶瓷天线8的馈电孔9内，电缆压接头25外圆与内圆偏心距为0.3mm，内圆直径为0.9mm，大端外圆直径为1.5mm，小端外圆直径为1.29mm，电缆压接头25的端口截面为月牙形，电缆压接头25整体为锥形，整体锥角为1°，长度为6mm，包含以下步骤：

3-1)将高温射频电缆组件平放在传感器顶座3上，天线背板10与传感器顶座3接触，高温射频电缆16和凸台13分别进入传感器顶座3的凹槽I5和凹槽II6内；

3-2)将电缆压接头25小端放入陶瓷天线8馈电孔9内，选取合适的压接力，将电缆压接头25缓缓压入，电缆压接头25内圆与高温射频电缆16线芯接触，外圆与圆孔内壁接触，经过有限元受力分析，选取100N的压接力，将电缆压接头25缓缓压入陶瓷天线8的馈电孔9内，当S形压力传感器2监测压力达到100N时，恒压30秒后停止；

3-3)用剪线钳剪去多余的电缆压接头25和高温射频电缆16的线芯，压接结束。

综上所述，本发明实施例提供了一种用于高温条件下异质金属间高频信号传输连接方法，能够解决目前焊接工艺不适合应用于高温环境下(750℃以上)射频电缆与陶瓷天线的连接问题，并具有一定的抗高速震动的能力，所述连接方法使电缆线芯与孔内金属涂层的充分接触以保证信号传输，压接装配后的组件在3GHz的频率内，电压驻波比≤1.30±10％，插入损耗小于等于0.4+0.7*L(dB)±13％(常温)。在装配和使用过程中，应用较小的压接力就能使金属产品弹性变形达到金属与陶瓷天线连接的目的，陶瓷天线不会因为孔内压力过大发生破损。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于高温条件下异质金属间高频信号传输连接方法，所述高温条件为750℃以上；其特征在于：所述的连接方法包含以下步骤：

1)装配压力传感器组件；

2)装配高温射频电缆组件，所述高温射频电缆组件主要包括天线背板(10)、陶瓷天线(8)和高温射频电缆(16)，陶瓷天线(8)固定在天线背板(10)的背面，高温射频电缆(16)固定在天线背板(10)的正面，天线背板(10)的中心孔(12)与陶瓷天线(8)的馈电孔(9)相通，高温射频电缆(16)的线芯穿过天线背板(10)的中心孔(12)，从陶瓷天线(8)的馈电孔(9)穿出；

3)将高温射频电缆组件平放在压力传感器组件上，陶瓷天线(8)向上，施加压力使电缆压接头(25)压入高温射频电缆组件上陶瓷天线(8)的馈电孔(9)内。

2.根据权利要求1所述的连接方法，其特征在于：所述步骤1)压力传感器组件包括传感器底座(1)、传感器顶座(3)和S形压力传感器(2)，传感器底座(1)的中心有阶梯孔(4)，传感器顶座(3)的上面有凹槽I(5)和凹槽II(6)，传感器顶座(3)的中心有通孔(7)，S形压力传感器(2)通过螺钉固定在传感器底座(1)和传感器顶座(3)之间，组成所述压力传感器组件。

3.根据权利要求2所述的连接方法，其特征在于：所述高温射频电缆组件还包括陶瓷堵头(15)、电缆压块I(14)和电缆压块II(17)，所述步骤2)包含以下步骤：

2-1)用旋转式剪线钳对高温射频电缆(16)进行裁剪处理，用电缆折弯工装对高温射频电缆(16)进行折弯处理；

2-2)在高温射频电缆(16)裁剪后的一端安装陶瓷堵头(15)，高温射频电缆(16)的线芯穿过陶瓷堵头(15)的孔；

2-3)用螺钉将陶瓷天线(8)固定在天线背板(10)的背面，天线背板(10)的中心孔(12)与陶瓷天线(8)的馈电孔(9)相通，用电缆压块I(14)和电缆压块II(17)将高温射频电缆(16)固定在天线背板(10)的正面，高温射频电缆(16)的线芯穿过天线背板(10)的中心孔(12)，从陶瓷天线(8)的馈电孔(9)穿出。

4.根据权利要求3所述的连接方法，其特征在于：所述电缆折弯工装由上盖(18)、底座(19)和转动销(20)组成，折弯工装的上盖(18)有固定孔(22)和圆槽(21)，底座(19)有固定孔(24)和圆槽(23)，上盖(18)和底座(19)的圆槽(21；23)边缘进行倒角处理，转动销(20)插入上盖(18)和底座(19)的固定孔(22；24)，连接上盖(18)和底座(19)，上盖(18)以转动销(20)为轴转动。

5.根据权利要求3所述的连接方法，其特征在于：所述天线背板(10)的背面为平面，天线背板(10)的正面有凹槽(11)和凸台(13)，凹槽(11)和凸台(13)与电缆压块I(14)和电缆压块II(17)配合从两个相互垂直的方向固定高温射频电缆(16)，凹槽(11)和凸台(13)上的螺纹孔均为四个。

6.根据权利要求5所述的连接方法，其特征在于：所述步骤3)包含以下步骤：

3-1)将高温射频电缆组件平放在传感器顶座(3)上，天线背板(10)与传感器顶座(3)接触，高温射频电缆(16)和凸台(13)分别进入传感器顶座的凹槽I(5)和凹槽II(6)内；

3-2)施加压力将电缆压接头(25)压入陶瓷天线(10)的馈电孔(12)内，用S形压力传感器(2)监测压力，当压力达到预设压力值时，恒压30秒后停止；

3-3)剪去多余的电缆压接头(25)和高温射频电缆(16)的线芯，压接结束。

7.根据权利要求6所述的连接方法，其特征在于：所述步骤3-2)电缆压接头(25)为偏心圆结构，有外圆与内圆，电缆压接头(25)的端口截面为月牙形，电缆压接头(25)整体为锥形。

8.根据权利要求7所述的连接方法，其特征在于：所述电缆压接头(25)外圆与内圆偏心距为0.3mm，内圆直径为0.9mm，大端外圆直径为1.5mm，小端外圆直径为1.29mm，压接头整体锥角为1°，长度为6mm。

9.根据权利要求6所述的连接方法，其特征在于：所述步骤3-2)预设压力值为93-103N。