一种连接器在振动应力作用下的高频性能预测方法与流程

本发明涉及一种连接器在振动应力作用下的高频性能预测方法，基于理论建模和有限元仿真等综合分析方法，建立连接器在不同退化条件下的高频性能预测方法，属于通信系统的电接触可靠性技术领域。

背景技术：

连接器作为一种基础的元器件，主要用于实现电信号的传输和控制及电子与电气设备间的电连接功能，广泛应用于航天、航空、军事装备、电子、通信等各个领域，其可靠性的高低直接影响到系统的安全可靠运行。由插针和插孔构成的接触件是连接器的核心零件，其插入和拔出过程是实现电连接的主要方式，因此其内部接触件易遭受机械磨损，使接触状态发生改变，影响连接器的可靠性，进而在一定程度上影响系统的可靠性。

连接器在储存和使用的过程中会受到多种环境应力的影响，其中振动应力是影响连接器可靠性的主要环境因素之一。在振动应力的作用下，连接器的插孔和插针之间会产生相对运动。插孔在长期振动应力的反复作用下，会发生微小形变，出现应力松弛和弹性疲劳现象，引起接触压力减小，导致连接器接触性能退化，可靠性降低。连接器接触表面退化会使电参数发生恶化，包括接触电阻，高频参数(插入损耗、回波损耗，电压驻波比等)，无源互调，电磁兼容等，从而影响通信信号的正常传输。

因此，有必要建立连接器在振动应力作用下的高频性能预测方法，从而为连接器的可靠性评估和制定连接器质量检测标准提供一定的参考。

技术实现要素：

鉴于上述的技术问题，本发明提供了一种振动应力作用下的高频性能预测方法，适用于器件在应力作用下的高频性能预测研究。

为实现上述要求，本发明提供了如下方案：

步骤一)加速试验及退化量测试

首先采用信号源、放大器、振动台搭建振动实验平台，设计并加工制作实验所需夹具，然后使用夹具将n型插针和n型阴转阴连接器固定在振动台上，随后对连接器分别进行15小时和30小时的振动加速试验。取出n型插针和n型阴转阴连接器，观察到n型阴转阴连接器的插孔有不同程度的变形。使用拉力机对一个未进行振动实验的n型连接器插针和阴转阴连接器进行测试得到最大静摩擦力，从而得到未退化及经过15小时和30小时振动试验的连接器样本的接触压力分别为5.35n，3.27n和0.62n。采用矢量网络分析仪测量了这些连接器样本的高频参数，分析频率为0.1mhz～1.0ghz。

步骤二)等效电路及参数建模

当采用矢量网络分析仪对连接器样本进行测试时，为了与仪器相连接，n型阴转阴连接器的外侧分别与sma型阳转n型阴型连接器相连。考虑到这三个连接器相连时存在一定的接触，并将连接器等效为传输线，建立了包括传输线及退化接触表面的等效电路模型，该模型中含有接触电阻、电容和电感参数。通过测试原始状态下n型插针的表面粗糙度，将接触表面等效为一个完整的弹性接触，分别建立接触电阻、电容和接触压力的关系模型。考虑到接触压力对电感的影响，引入一个等效长度参数，建立该参数与电感的关系模型。由于n型阴转阴连接器经过振动实验后，其插孔会变松动，引入插孔松动的形变量参数来衡量松动程度。建立插孔松动的形变量和等效长度的有限元仿真模型，得到不同的插孔松动形变量、等效长度和接触压力的关系模型。

步骤三)高频性能参数的预测

根据实测的接触压力及所建立的接触电阻、电容、电感与接触压力的关系模型，得到相对应的电阻、电容和电感值，然后将其代入建立的电路模型中进行仿真，从而预测不同接触压力下的高频性能，并与测试结果进行对比。

本发明提出的连接器在振动应力作用下的高频性能预测方法，基于理论建模和有限元仿真等综合分析方法，预测了连接器插暴露在振动环境中一定时间后的高频性能，为器件在应力作用下的高频性能预测提供了理论支撑，适用于有关器件在应力作用下的高频性能预测。本发明主要有以下优点：基于连接器在振动应力作用下导致的插孔应力松弛现象，对高频性能进行预测；针对连接器的等效电路模型，建立了接触电阻、电容和电感与接触压力的关系模型；仿真模拟不同接触压力作用下的高频性能。

附图说明

图1是本发明的技术路线总体示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施步骤，对本发明进行详细阐述。以下描述案例以n型阴转阴射频同轴连接器作为研究对象，但本实例并不局限于本发明，凡是采用本发明的同轴结构作为分析对象，均可用本发明的分析方法进行高频性能预测。

如图1所示，本发明中的高频性能预测方法主要包括表面物理建模和实验测试，运用理论分析和有限元仿真相结合的方法，建立适用于同轴连接器的插孔内导体在振动应力作用下的高频性能预测。

第一步，开展加速试验，对于n型连接器插孔进行不同程度的振动退化试验。采用信号源、放大器、振动台搭建振动实验平台，设计并加工制作实验所需夹具，然后使用夹具将n型插针和n型阴转阴连接器固定在振动台上，随后对连接器分别进行15小时和30小时的振动加速试验。取出n型插针和n型阴转阴连接器，观察到n型阴转阴连接器的插孔有不同程度的变形。使用拉力机对一个未进行振动实验的n型连接器插针和阴转阴连接器进行测试得到最大静摩擦力，从而得到未退化及经过15小时和30小时振动试验的连接器样本的接触压力分别为5.35n，3.27n和0.62n。采用矢量网络分析仪测量了这些连接器样本的高频参数，分析频率为0.1mhz～1.0ghz。

第二步，当采用矢量网络分析仪对连接器样本进行测试时，为了与仪器相连接，n型阴转阴连接器的外侧分别与sma型阳转n型阴型连接器相连。考虑到这三个连接器相连时存在一定的接触，并将连接器等效为传输线，建立了包括传输线及退化接触表面的等效电路模型，该模型中含有接触电阻、电容和电感参数。通过测试原始状态下n型插针的表面粗糙度，将接触表面等效为一个完整的弹性接触，分别建立接触电阻、电容和接触压力的关系模型。考虑到接触压力对电感的影响，引入一个等效长度参数，建立该参数与电感的关系模型。由于n型阴转阴连接器经过振动实验后，其插孔会变松动，引入插孔松动的形变量参数来衡量松动程度。建立插孔松动的形变量和等效长度的有限元仿真模型，得到不同的插孔松动形变量、等效长度和接触压力的关系模型。

第三步，根据实测的接触压力及所建立的接触电阻、电容、电感与接触压力的关系模型，得到相对应的电阻、电容和电感值，然后将其代入建立的电路模型中进行仿真，从而预测不同接触压力下的高频性能，并与测试结果进行对比。

技术特征：

1.一种连接器在振动应力作用下的高频性能预测方法，其特征在于：

首先搭建振动实验平台，对连接器进行不同程度的退化，测试不同退化程度连接器的接触压力和高频性能参数；

然后建立包括传输线及退化接触表面的等效电路模型，接触表面模型中包含接触电阻、电容和电感参数。根据接触表面的粗糙度模型建立接触电阻、电容分别和接触压力的关系模型，建立电感与等效长度的关系模型，建立插孔松动的形变量和等效长度的有限元仿真模型，得到接触压力和形变量及等效长度的关系模型。

最后根据实测的接触压力及所建立的关系模型，得到相对应的电阻、电容和电感，然后将其代入电路模型中进行仿真，从而预测不同接触压力下的高频性能，并与测试结果进行对比。

2.根据权利要求1所述的连接器在振动应力作用下的高频性能预测方法，其特征在于，第一步中要通过振动加速试验，确定不同退化程度的连接器样本，并进行接触压力和高频参数的测试。

3.根据权利要求1所述的连接器在振动应力作用下的高频性能预测方法，其特征在于，第二步中基于弹性赫兹接触理论及粗糙度模型，建立接触电阻、电容与接触压力的关系模型。同时建立电感和等效长度的关系，根据有限元仿真建立接触压力和等效长度及松动形变量之间的关系。

4.根据权利要求1所述的连接器在振动应力作用下的高频性能预测方法，其特征在于，第三步中建立的关系模型中的参数代入等效电路模型中，仿真预测不同退化程度下的高频参数。

技术总结
本发明公开了一种连接器在振动应力作用下的高频性能预测方法。本发明包括以下步骤：步骤一)搭建振动试验平台，使射频同轴连接器进行振动实验，并测量不同退化程度的接触压力和高频参数；步骤二)建立包括传输线及退化接触表面的等效电路模型，接触表面模型包括电阻、电容和电感参数；步骤三)建立电阻、电容分别和接触压力的关系模型，建立电感与等效长度的关系模型，建立接触压力和形变量及等效长度的关系模型；步骤四)基于实测的接触压力及所建模型进行仿真，预测高频性能，并与测试结果进行对比。本发明从实验设计和理论推导的角度对连接器在振动应力作用下的高频性能预测方法进行研究，适用于分析具有相似结构的同轴连接器。

技术研发人员：李庆娅;高锦春;谢刚;周雨奇;王紫任;毕凌宇;宋凯旋;王文佳;罗俊宇
受保护的技术使用者：北京邮电大学
技术研发日：2020.06.24
技术公布日：2020.10.02