一文搞定軟波導(dǎo)的工作原理、用途及使用方法

軟波導(dǎo)是微波設(shè)備不可缺少的一種連接器，一般是菱型的，一般的樣子是倆邊各有倆個(gè)法蘭，分別是一個(gè)沒有槽子的，一個(gè)是有槽子的，其材質(zhì)是用銅做的，如果要求高的話還要鍍銀，軟波導(dǎo)主體部分主要是橡膠做的，表面的光潔度比較高，其材質(zhì)還要不易風(fēng)化。軟波導(dǎo)的主要指標(biāo)有：發(fā)射頻率、接收頻率、駐波比和回波損耗。

波導(dǎo)互連器件和波導(dǎo)組件用于軍事、航空航天、衛(wèi)星通信、雷達(dá)、微波/毫米波成像、工業(yè)加熱/烹飪等各種微波和毫米波用途。在若干此類用途中，或在特定情況下，走線空間的幾何機(jī)構(gòu)會(huì)使得以硬波導(dǎo)組件或互連件走線時(shí)的成本或復(fù)雜度太高，或者使得其在剛度方面無法滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)上述幾何機(jī)構(gòu)要求實(shí)現(xiàn)非常不規(guī)則的彎曲段，或者當(dāng)使用硬波導(dǎo)時(shí)難以進(jìn)行可靠的制造或制造成本太高時(shí)，便可發(fā)生上述情形。另一種此類情形為人們希望在組件或結(jié)構(gòu)之間設(shè)置一些機(jī)械隔離。在這些原因的作用下，軟波導(dǎo)互連件應(yīng)運(yùn)而生，并廣泛應(yīng)用于各種用途。雖然可在很多情形中使用，但軟波導(dǎo)也有其自身的限制，而且設(shè)計(jì)人員在完成波導(dǎo)布線及波導(dǎo)組裝時(shí)必須注意做出相應(yīng)的權(quán)衡。

軟波導(dǎo)的工作原理

軟波導(dǎo)之所以能夠提供一定的變形量，是因?yàn)檐洸▽?dǎo)本身壁厚較小，約0.1mm ～0.3mm，且結(jié)構(gòu)類似于許多串聯(lián)在一起的碟簧，具有較好的彎曲變形能力。軟波導(dǎo)變形時(shí)，軟波導(dǎo)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，因此軟波導(dǎo)的彎曲能力及能夠承受的彎曲次數(shù)就與使用的材料息息相關(guān)。

航天上所用的軟波導(dǎo)材料主要有以下幾種：黃銅、磷青銅( 也叫錫青銅)、鈹青銅等。國內(nèi)航天使用最多的是黃銅軟波導(dǎo)，主要用于硬波導(dǎo)之間的連接過渡。磷青銅、鈹青銅軟波導(dǎo)也有所使用，但由于其造價(jià)相對(duì)較高，應(yīng)用不如黃銅軟波導(dǎo)廣泛，這兩種軟波導(dǎo)的強(qiáng)度比黃銅軟波導(dǎo)要高，因此大多將其應(yīng)用于力學(xué)環(huán)境較為惡劣的地方，例如作為可動(dòng)部件的連接波導(dǎo)。

軟波導(dǎo)與硬波導(dǎo)的差異

與由堅(jiān)硬結(jié)構(gòu)和焊接/釬焊金屬制成的硬波導(dǎo)不同，軟波導(dǎo)由折疊的緊密互鎖金屬段構(gòu)成。某些軟波導(dǎo)還通過將互鎖金屬段內(nèi)的接縫密封焊接而進(jìn)行結(jié)構(gòu)加強(qiáng)。這些互鎖段的每一接合處均可輕微彎曲。因此在相同的結(jié)構(gòu)下，軟波導(dǎo)的長度越長，其可彎曲的程度就越大。此外，此類互鎖段還設(shè)計(jì)為使得其內(nèi)形成的波導(dǎo)通道盡可能地窄。

某些軟波導(dǎo)可在寬面方向上彎曲，某些可在窄面方向上彎曲，還有某些可在寬窄面兩方向上均可彎曲。還有一類稱為“扭”波導(dǎo)的軟波導(dǎo)可沿長度方向扭轉(zhuǎn)。此外，還有一些波導(dǎo)器件融合了上述各種功能。

使用硬波導(dǎo)時(shí)，設(shè)計(jì)人員不得不通過現(xiàn)有可用波導(dǎo)段或委托定制硬波導(dǎo)部件完成設(shè)計(jì)。與此相比，以各種標(biāo)準(zhǔn)長度售賣的軟波導(dǎo)可在配接時(shí)允許彎曲或彎折。為了實(shí)現(xiàn)更高的結(jié)構(gòu)性能，某些軟波導(dǎo)配有堅(jiān)固的外部護(hù)套，而且這些波導(dǎo)器件可在制造時(shí)預(yù)制為所需的形狀。

軟波導(dǎo)的用途和使用方法

當(dāng)使用硬波導(dǎo)時(shí)將導(dǎo)致復(fù)雜度過高，價(jià)格過貴或?qū)?dǎo)致生產(chǎn)進(jìn)度表延期時(shí)，可以使用軟波導(dǎo)。有時(shí)，為了應(yīng)付各種設(shè)計(jì)變化，需要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以利用隨手可得的軟波導(dǎo)代替硬波導(dǎo)部分。此外，軟波導(dǎo)還常用于原型組裝，以在最終設(shè)計(jì)完成之前進(jìn)行概念驗(yàn)證。

由于軟波導(dǎo)結(jié)構(gòu)不像硬波導(dǎo)一樣較易傳遞機(jī)械能，因此某些應(yīng)用對(duì)軟波導(dǎo)具有“硬性”需求。舉例而言，當(dāng)某接合點(diǎn)處的相對(duì)位置可隨溫度、濕度或負(fù)載等環(huán)境條件的變化而大幅變動(dòng)時(shí)，則可使用軟波導(dǎo)段在兩個(gè)可移位的接頭之間實(shí)現(xiàn)一種高度“松弛”的連接。此外，某些軟波導(dǎo)還可提供隔離沖擊和振動(dòng)的功能，但這種用法可能會(huì)縮短軟波導(dǎo)的使用壽命。

軟波導(dǎo)的使用注意事項(xiàng)

（1）在能夠滿足電性能使用要求的情況下，盡量選用選擇截面尺寸較大的軟波導(dǎo)。圖1所示是4根長度相同(110mm) 截面尺寸不同的軟波導(dǎo)，在對(duì)波導(dǎo)兩端法蘭進(jìn)行約束的情況下，在相同隨機(jī)振動(dòng)激勵(lì)下軟波導(dǎo)的應(yīng)力分析結(jié)果，如圖2所示。從分析結(jié)果可以看出，在相同載荷情況下，軟波導(dǎo)截面尺寸相對(duì)較大的應(yīng)力較小，因此在滿足電性能的基礎(chǔ)上應(yīng)當(dāng)盡量選擇截面尺寸較大的軟波導(dǎo)。

圖1

圖2

（2）軟波導(dǎo)安裝時(shí)，盡可能使軟波導(dǎo)的寬面法線方向與存在最大位移差的方向一致。根據(jù)軟波導(dǎo)產(chǎn)品性能參數(shù)，軟波導(dǎo)寬面和窄面的許用彎曲半徑是不同的，寬面的許用半徑要小于窄面的許用彎曲半徑，也就是說產(chǎn)生同樣曲率的情況下在寬面彎曲的情況下預(yù)應(yīng)力要小。

（3）盡可能的使軟波導(dǎo)與法蘭連接的區(qū)域保持平直，避免裝配時(shí)在與法蘭連接位置軟波導(dǎo)局部出現(xiàn)較大曲率的彎曲。由于軟波導(dǎo)允許的彎曲半徑是一定的，曲率越大( 即彎曲半徑越小) 波導(dǎo)應(yīng)力越大，減小局部彎曲曲率就可以減少軟波導(dǎo)裝配時(shí)產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力。

（4）選擇合適長度的軟波導(dǎo)。軟波導(dǎo)過長會(huì)導(dǎo)致波導(dǎo)懸空部分質(zhì)量較大，振動(dòng)時(shí)軟波導(dǎo)受到自身中部懸空質(zhì)量的影響，懸空質(zhì)量增加，根部應(yīng)力會(huì)增大; 但若軟波導(dǎo)過短意味著軟波導(dǎo)用于適應(yīng)變形的部分較短，容易造成軟波導(dǎo)與法蘭連接位置局部曲率過大，從而導(dǎo)致軟波導(dǎo)連接根部預(yù)應(yīng)力較大，以至受到激勵(lì)時(shí)發(fā)生斷裂。

不適于使用軟波導(dǎo)的情形

與硬波導(dǎo)結(jié)構(gòu)相比，軟波導(dǎo)的剛性和物理穩(wěn)健性通常較低。在還需硬波導(dǎo)進(jìn)一步提供機(jī)械支持的情況下使用軟波導(dǎo)時(shí)，任何較大的機(jī)械應(yīng)變或負(fù)載都可能導(dǎo)致軟波導(dǎo)損壞或電氣性能下降。此外，過度的振動(dòng)和沖擊也會(huì)導(dǎo)致柔性波導(dǎo)的機(jī)械和電氣故障。由于彎曲可導(dǎo)致軟波導(dǎo)的接合點(diǎn)發(fā)生磨損、護(hù)套損壞或過早失效，因此軟波導(dǎo)的設(shè)計(jì)一般并不適于反復(fù)彎曲。與某些硬波導(dǎo)相比，由于軟波導(dǎo)的金屬壁較薄，各段之間具有接觸電阻，而且內(nèi)部波導(dǎo)表面不太理想，因此其電氣性能較差。由此可見，與硬波導(dǎo)相比，軟波導(dǎo)一般傳輸特性略差，而且功率處理能力也較弱。此外，由于軟波導(dǎo)將溫度性能范圍與剛性金屬不同的外套材料和連接焊料當(dāng)作關(guān)鍵部件，因此其工作溫度范圍也與硬波導(dǎo)不同。

如果軟波導(dǎo)未設(shè)外保護(hù)套或未以其他方式密封，則任何微小的間隙都可能導(dǎo)致濕氣及其他環(huán)境污染物進(jìn)入其結(jié)構(gòu)之內(nèi)。雖然可通過吹掃和使用干燥劑減小軟波導(dǎo)內(nèi)的濕氣量，但在高濕度或高污染的環(huán)境中，隨著時(shí)間的推移，這些因素還是會(huì)對(duì)軟波導(dǎo)的性能造成影響。