[发明专利]一种连接器插孔应力疲劳下的无源互调预测方法

说明书

本发明公开了一种连接器插孔应力疲劳下的无源互调预测方法。本发明包括以下步骤：步骤一)利用不同直径的圆柱棒，将N型射频同轴插孔内导体进行不同程度的退化实验，并测量在不同退化程度下的接触压力和接触电阻；步骤二)根据所建立的接触面积和压力的模型，以及接触电阻和压力模型，建立有限元仿真，得到接触表面的电流密度分布；步骤三)根据接触点的非线性截顶传导数学模型，建立最大传导电流与接触面电流密度之间的模型；步骤四)基于最大电流模型，得到互调产物功率的预测模型。本发明通过插孔内导体的疲劳引起的接触压力减小的机理分析，从实验设计和理论推导的角度对连接器插孔应力疲劳下的无源互调预测方法进行研究，该方法适用于分析所有具有相似结构的同轴连接器。

技术领域

本发明涉及一种连接器插孔应力疲劳下的无源互调预测方法，基于理论建模和有限元仿真等综合分析方法，建立连接器插孔在不同的退化条件下的无源互调产物功率预测方法，属于电接触与通信技术的交叉领域。

背景技术

射频系统中存在的无源器件有波导接头、隔离器、双工器、连接器、同轴电缆等，而同轴连接器是整个系统内用量最大，种类最多，却又最容易发生故障的薄弱环节，被认为是引起通信系统无源互调干扰的主要非线性源。同轴连接器接触不稳定带来的无源互调干扰，以及恶劣环境下电接触表面退化引起高频电参数性能下降等问题，成为抑制连接器向高频率、小型化、大功率和高可靠性发展的技术难题，是当前研究的热点，也是提高通信系统可靠性亟待解决的关键问题。

在移动通信基站上，同轴连接器的工作环境恶劣，昼夜温度湿度交替变化、风雨雷电和振动的影响、灰尘和腐蚀性气体相互作用，这些都使得连接器因环境因素的综合作用而失效。同轴连接器的PIM产生机理复杂，影响因素众多，是一个涉及到力学、电磁学和热力学的多场耦合问题。环境因素的影响使得金属材料发生应力疲劳、表面产生力学变化，加上接触区域的腐蚀污染，导致退化的连接器产生更大的无源互调电平，对整个基站通信带来严重的干扰。因此，对同轴连接器在恶劣环境下的无源互调退化机理的研究，分析连接器产生的互调产物功率随环境因素变化的特点，建立行为模型进行互调功率预测，为防止连接器退化，降低PIM干扰提供理论依据，对连接器工程设计和无源互调科学研究具有重要意义。

在某些实际情况下，由于环境振动和反复插拔的影响，即使外导体被足够的力矩拧紧，中心导体中的接触压力也可能降低。中心导体的应力疲劳对连接器的高频电性能有负面影响，也被认为是PIM的来源之一。因此，研究中心导体中的接触压力对PIM行为的影响，对提高系统的可靠性具有重要意义。

发明内容

针对上述现有技术中存在的连接器插孔内导体退化引起的无源互调分析的片面性与局限条件，本发明的目的在于提供一套完整的理论与仿真相结合的连接器插孔内导体退化引起的无源互调预测模型。

为达到上述目的，本发明提供如下分析方案：

步骤一)加速试验以及退化量测试

为了在中心导体中产生具有不同接触压力的连接器样品，定制了四个不同直径的圆柱棒，并将其插入四个连接器的插座中。四根圆柱杆的直径分别设计为1.6mm、1.8mm、2.0mm和2.2mm。经过两周的加速后，四根插入的圆柱棒被拔出，观察到插座有不同程度的变形。通过使用一个原始的连接器插针和一个拉力计，可以测量最大静摩擦力的。从而测得接触压力分别3.4N,1.9N和0.3N。其中形变最大的样本已经无法测得压力值。用四点法测量了这些连接器样品的接触电阻。被测装置(DUT)由一对N型阴-阴、阳-阴连接器和两个原始插针组成。因此，测量的电阻R_m是三个接触电阻R_c和一个体电阻R_b的总和。因此，四个样品的接触电阻分别为0.31mΩ、0.64mΩ、4.74mΩ、305mΩ。

步骤二)接触面积和接触电压降建模