一种波纹同轴射频电缆断裂的分析和解决方法

四川九洲空管科技有限责任公司 李盛钰 彭 志

射频同轴电缆长期可靠连接，对雷达信号的传播起着至关重要的作用。对造成波纹同轴射频电缆使用时断裂的原因进行了分析，找出了造成电缆断裂的主要原因，最后采取了纠正措施对故障件进行了重新加工，并通过了验证。

1 问题描述

我公司交付的某型地面产品在架设后首次通电出现信号不稳定情况，产品终端报天线开路故障，经初步排查发现地面产品与天线之间相连的20m波纹同轴射频电缆晃动时故障现象较为明显，用三用表进一步测试电缆两端，发现该电缆芯线存在时通时断的现象。

2 故障定位

2.1 产品描述

电缆组成见表1所示。

表1 故障电缆选材

2.2 故障树

为了分析和排查故障原因，对故障件做了仔细的研究和分析，对产品故障问题建立了故障树，如图1所示。

图1 电缆问题故障树

2.3 故障排查

2.3.1 生产加工问题排查

经检查，图纸资料完备、加工方法同厂家提供的加工方法，电缆经通断、耐压测试合格，经系统联试功能正常，排除生产加工问题。

2.3.2 连接器故障排查

对连接器外观进行检查，发现连接器尾部及外螺套部分有明显划痕，但该划痕并未对连接器整体造成变形或损坏，尤其是中心导体无变形或损伤，排除连接器故障问题。

2.3.3 线材故障排查

对线材外观进行检查，发现外护套上有划痕、磨损及泥沙，但外护套外观完整，无破损、无鼓包，排除线材故障问题。

2.3.4 连接器与线材连接故障排查

使用三用表对电缆芯线进行检测，发现电缆不通。将用户标识的“已坏”端（连接器型号：11_N-50-5-400/103_U）拆开，发现芯线断裂，具体情况如图2所示。

对拆开部分进行测试，发现芯线断裂处到连接器（连接器型号：11_L16-50-M5-14HF）导通正常，芯线断裂处到连接器（连接器型号：11_N-50-5-400/103_U）导通正常。

2.3.5 初步定位

经上述分析排查，初步判定电缆信号不通是由于连接器与线缆连接处电缆芯线断裂所致。

2.3.6 初步分析

芯线断裂可能由以下3个原因所致：

（1）剥线过程对芯线造成损伤，导致芯线在振动、运输过程中损坏。经外观检查发现芯线无明显切伤痕迹，可排除加工损坏。

（2）芯线承受扭力，被扭断。对连接器结构进行分析，发现中心导体可与芯线一起转动，可排除扭力损坏。

（3）芯线承受拉力，被拉断。电缆外部波纹为螺旋状，当电缆发生旋转时，线材会螺旋后退，导致电缆芯线被拉断。

3 原因分析

正常使用过程中，无法避免电缆的扭、折、旋转。该电缆为波纹同轴电缆，其结构形式如图3所示。波纹管与连接器尾附件间的锁紧力不够大，无法克服电缆旋转带来的摩擦力，当电缆逆时针旋转时由螺纹带动电缆线材后退，线材与连接器尾附件产生相对旋转。

波纹电缆的螺纹间距是2.2mm，当线材与连接器尾附件发生360°相对旋转时，线材后退2.2mm。电缆芯线为铜包铝线，该芯线的抗拉强度是138MPa，伸长率为15%。芯线直径3mm，破坏应变是0.45mm，当线材与连接器尾附件发生70°相对旋转时电缆芯线被拉断。

经上诉分析，确认芯线断裂是由于电缆转动造成的电缆后退，将芯线拉断。

4 故障复现

根据以上分析，我们严格按照线材及器件厂家提供的电缆制造工艺制作一根全新的电缆，并进行试验。模拟电缆扭、折、旋转。发现线材逆时针旋转30°时，波纹管与连接器尾部的锁紧力失效，连接器中心导体随电缆转动。继续旋转，线材与连接器尾附件发生相对旋转，线材开始后退。继续旋转90°，芯线断裂，信号不通，与故障现象一致。将线缆顺时针旋转，信号再次接通，与外场信号时通时断情况相符。

图2 芯线断裂外观图

图3 波纹同轴外观图

图3 端面翻口示意图

5 纠正措施及验证情况

5.1 纠正措施

根据原因分析，对电缆制作工艺进行改进，在原工序基础上增加一道工序，现电缆制作工序如下：

（1）剥线，剥线长度在原基础上增加4mm。

（2）旋紧尾附件。

（3）将端面用工装翻口，翻口效果如图3所示。此为增加工序，其目的在于加大旋转的摩擦力及电缆止退。

（4）旋紧连接器头部。

（5）焊接。

5.2 验证情况

验证情况如下：

（1）机械性能方面：正常使用情况下电缆无法在进行120°旋转（端面翻口，旋转的摩擦力增大），只能旋转至90°。进行顺时针及逆时针90°旋转；旋转50余次，未发生芯线断裂现象，电缆通断测试合格。

（2）电缆性能方面：经测试采用此方法制作的电缆各项指标与原电缆各项指标无明显差异。

采取纠正措施加工的电缆交付用户后，未出现故障，表明措施有效。

结论：根据故障分析、故障复现和试验验证，此故障的根源是连接器尾附件与线材波纹管间的锁紧力不够大，造成电缆正常使用时线材与连接器尾附件发生相对旋转，导致芯线被拉断。