N型连接器无源互调特征建模与实验研究
发布时间：2020-01-25 03:56
【摘要】：首先对比分析三种不同类型的非线性电流-电压数学模型特点,提出高阶幂级数非线性模型,设定参数并提出参数计算方法,用以分析模型参数对于各次互调谐波的影响。然后选取三阶互调功率值作为衡量N型连接器互调性能的指标,通过实验测试对N型连接器的互调特征进行量化分析。设计加速实验得到退化的测试样品,研究电接触表面退化对于无源互调的影响。最后,通过对比实验测试结果与理论模型的预测结果发现,该高阶幂级数模型在预测性能上优于传统模型,可以将预测误差降低到1.02%,能够进行精准的预测。同时,通过高次谐波的仿真分析发现,各模型预测差异较大,通过参数修改,高阶幂级数模型能进行高次谐波的预测分析。
【图文】：
m；inP为输入信号功率，dBm；IM3c为与输入功率无关的常量。因此，可以看出，三次谐波功率与输入功率呈线性增长且斜率为3，即输入功率增加1dB，三次谐波的功率就增加3dB。除了三阶幂级数展开模型，指数函数和双曲正切函数也是常用的非线性分析模型。将电流-电压变化曲线的关系用指数函数可以描述为()12inI=kexpkV1（7）同时，双曲正切函数描述的电压-电流模型为12inI=gtanh(gV)（8）式中，1k、2k、1g、2g为模型系数。将三个模型的系数归一，并进行电压电流的非线性特征比较，图1为其归一化的电流-电压关系。图1不同模型归一化电流-电压非线性特征Fig.1NormalizednonlinearportionoftheI-Vcharacteristicsofthemodels从图1中可以看出，幂级数函数和指数函数有着相似的I-V非线性特性，随着电压升高，电阻逐渐减校而双曲正切函数的非线性特性不同，随着电压的升高，电阻增大。两种不同的非线性特征是由不同的传导机理产生。基于隧道效应理论[21]，其导电模型近似等效为指数模型，符合污染引起的连接器非线性效应机理，非线性电阻随传导电压升高而降低。而基于电热模型的分析，温度的升高会引起金属接触电阻的上升。该模型可以用双曲正切函数的非线性特性阐述，符合长期工作下触点温升效应对连接器非线性的影响。因此，对于N型连接器的数学建模，可以从这两种非线性特征角度进行模型参数的确定，实现理论预测。1.2多项式模型的扩展对于幂级数的多项式展开模型，所有的奇次项（除了一次项）都会对三次谐波产生影响。因此，为了得到更加精确的非线性预测模型，将式（1）扩展到五阶，即i=5。五次扩展模型的三次谐波电流为24233121212PIM353515+424282aVVVVVVIa=+
odel参数i=3i=53a111.2610×112.3210×5a—167.5010×由于无法直接对双曲正切和指数函数通过三角函数展开运算进行参数估计，因此不能通过测试数据直接计算这两个模型中的系数值。但是，对于同一N型连接器的非线性I-V特性曲线应保持一致。而指数模型与双曲正切模型的泰勒展开可以看作是高阶幂级数函数的近似与简化。如果确定了幂级数展开模型的I-V非线性曲线，则该曲线同样适用于指数模型和双曲正切模型。因此，可以根据其I-V特性曲线拟合，进行指数函数和双曲正切函数的参数估计。如图2所示，在连接器后接50负载的情况下，实现三个非线性函数模型的I-V曲线重合。双曲正切函数与指数函数模型参数估计值见表3。图2不同模型I-V曲线保持一致Fig.2TheI-Vcurvesofdifferentmodelsareconsistent表3双曲正切函数与指数函数的模型参数值Tab.3Themodelparametersvaluesofhyperbolictangentfunctionandexponentialfunction模型系数指数函数模型1k=296.9(5)2k6.69510=×双曲正切函数模型1g=425.7(5)2g4.67510=×这两个模型与幂级数展开模型相比，减少了对未知模型参数的提取和计算。通过拟合，可以得到模型参数值，通过展开项的系数公式计算，得高阶项的系数，既弥补了由于拟合带来的误差，也简化了模型复杂度。这一点可以从后面的理论预测与实验结果的对比中得到验证。2谐波实验测试2.1测试对象与实验仪器为了减小线缆弯曲和振动对测试的影响，，本文选用N型转接头进行实验测量。将两个公转母转接头进行连接，组成一组被测件。这样组合既使得结构本身具有对称性，又能够提供一个可以处理的接触表面，即两个转接头的接触面，用以实施进一步退化实验，通过腐蚀该接触面
本文编号：2572896
【图文】：
m；inP为输入信号功率，dBm；IM3c为与输入功率无关的常量。因此，可以看出，三次谐波功率与输入功率呈线性增长且斜率为3，即输入功率增加1dB，三次谐波的功率就增加3dB。除了三阶幂级数展开模型，指数函数和双曲正切函数也是常用的非线性分析模型。将电流-电压变化曲线的关系用指数函数可以描述为()12inI=kexpkV1（7）同时，双曲正切函数描述的电压-电流模型为12inI=gtanh(gV)（8）式中，1k、2k、1g、2g为模型系数。将三个模型的系数归一，并进行电压电流的非线性特征比较，图1为其归一化的电流-电压关系。图1不同模型归一化电流-电压非线性特征Fig.1NormalizednonlinearportionoftheI-Vcharacteristicsofthemodels从图1中可以看出，幂级数函数和指数函数有着相似的I-V非线性特性，随着电压升高，电阻逐渐减校而双曲正切函数的非线性特性不同，随着电压的升高，电阻增大。两种不同的非线性特征是由不同的传导机理产生。基于隧道效应理论[21]，其导电模型近似等效为指数模型，符合污染引起的连接器非线性效应机理，非线性电阻随传导电压升高而降低。而基于电热模型的分析，温度的升高会引起金属接触电阻的上升。该模型可以用双曲正切函数的非线性特性阐述，符合长期工作下触点温升效应对连接器非线性的影响。因此，对于N型连接器的数学建模，可以从这两种非线性特征角度进行模型参数的确定，实现理论预测。1.2多项式模型的扩展对于幂级数的多项式展开模型，所有的奇次项（除了一次项）都会对三次谐波产生影响。因此，为了得到更加精确的非线性预测模型，将式（1）扩展到五阶，即i=5。五次扩展模型的三次谐波电流为24233121212PIM353515+424282aVVVVVVIa=+
odel参数i=3i=53a111.2610×112.3210×5a—167.5010×由于无法直接对双曲正切和指数函数通过三角函数展开运算进行参数估计，因此不能通过测试数据直接计算这两个模型中的系数值。但是，对于同一N型连接器的非线性I-V特性曲线应保持一致。而指数模型与双曲正切模型的泰勒展开可以看作是高阶幂级数函数的近似与简化。如果确定了幂级数展开模型的I-V非线性曲线，则该曲线同样适用于指数模型和双曲正切模型。因此，可以根据其I-V特性曲线拟合，进行指数函数和双曲正切函数的参数估计。如图2所示，在连接器后接50负载的情况下，实现三个非线性函数模型的I-V曲线重合。双曲正切函数与指数函数模型参数估计值见表3。图2不同模型I-V曲线保持一致Fig.2TheI-Vcurvesofdifferentmodelsareconsistent表3双曲正切函数与指数函数的模型参数值Tab.3Themodelparametersvaluesofhyperbolictangentfunctionandexponentialfunction模型系数指数函数模型1k=296.9(5)2k6.69510=×双曲正切函数模型1g=425.7(5)2g4.67510=×这两个模型与幂级数展开模型相比，减少了对未知模型参数的提取和计算。通过拟合，可以得到模型参数值，通过展开项的系数公式计算，得高阶项的系数，既弥补了由于拟合带来的误差，也简化了模型复杂度。这一点可以从后面的理论预测与实验结果的对比中得到验证。2谐波实验测试2.1测试对象与实验仪器为了减小线缆弯曲和振动对测试的影响，，本文选用N型转接头进行实验测量。将两个公转母转接头进行连接，组成一组被测件。这样组合既使得结构本身具有对称性，又能够提供一个可以处理的接触表面，即两个转接头的接触面，用以实施进一步退化实验，通过腐蚀该接触面
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