射频连接器电接触失效机理及其对传输信号影响的研究

发布时间：2020-06-27 14:17

【摘要】：射频连接器是通信系统中重要的基础元件,近年来随着汽车电子、消费电子、通信终端市场的快速增长以及4G、5G技术的发展,全球连接器市场需求不断增长。连接器可靠性已经成为高频、高速传输的通信时代中一项重要的关注点。而受使用条件的影响,多数连接器暴露在大气环境中,恶劣的环境会造成连接器表面污染,引起电接触失效,进而对信号传输产生影响,导致通信性能下降。电接触失效问题已成为制约连接器可靠性甚至是整个系统可靠性的关键因素,为了从根本上剖析电接触失效问题进而提出解决方案,本文旨在从物理机理的角度研究射频连接器电接触失效机理及其对传输信号的影响。本文通过理论分析、模型建立、电磁仿真、电路仿真以及实验测试等手段,从电接触微观表面特征入手,通过建立表面特征与阻抗参数的关系,从等效电路的角度揭示了电接触失效机理。考虑信号频率的影响,建立了连接器电接触特征与高频性能参数指标的关系,进而从宏观上研究了电接触失效对传输信号的影响及其故障诊断方法,全面阐述了射频连接器的电接触问题。本论文研究成果能够为射频连接器优化设计提供理论指导,部分成果不仅适用于连接器,同样适用于高频开关、继电器甚至焊点等各类可移动连接以及固定连接中的高频电接触问题,该研究具有重要的理论与现实意义。本文主要创新成果如下:1.从等效电路的角度对高频电接触失效机理进行了研究,建立了接触表面的微观物理特性与宏观阻抗参数的关系模型。针对射频连接器的电接触问题,从接触表面微观特征入手,根据物理机理从根本上阐述了电阻、电容、电感的产生机理。建立了连接器接触结构、接触表面物理拓扑、接触材料特性等微观物理特征与宏观阻抗参数的关系,构建了失效连接器等效阻抗模型,推导出模型参数的计算公式,并研究了其频率特性,从等效电路的角度剖析了电接触失效机理。设计了加速试验及阻抗测试试验,从实验测试的角度研究了电接触退化的阻抗效应及其频率特性,对理论结果进行了验证。2.从“电路”的角度以及“电磁场”的角度对射频同轴连接器的高频特征进行了研究,建立了电接触失效特征与连接器高频性能参数的关系模型。针对高频情况下信号在同轴连接器内的传输机理,分别建立了射频同轴连接器等效电路模型、等效传输线模型以及3D电磁仿真模型,并加入接触表面退化特征,建立了电接触表面特征与连接器高频性能退化规律的关系,分析了接触表面退化后连接器的电场、磁场分布情况。并通过实验测试证明了理论模型的准确性,该结果为连接器的设计和优化提供了理论依据。3.从信号的角度揭示了连接器电接触失效对模拟信号以及数字基带信号的影响机理。基于连接器电接触失效特征,推导出连接器等效传递函数的计算方法,并通过分析电接触失效对通信中的AM、FM等调制信号波形的衰减、失真、延时的影响,研究了连接器电接触失效对模拟信号的影响机理。分析了连接器失效对数字基带信号时域波形完整性及频域特性的影响,研究了连接器电接触失效对数字信号传输的影响机理。并设计实验,从实际测试的角度对理论分析进行了验证。4.基于连接器的退化机理及其对传输信号的影响,提出了一种适用于通信系统中的连接器在线故障诊断方法。针对通信系统中连接器故障对信号的影响,采用小波变换对采样信号进行预处理,将其作为神经网络的输入,建立了一种基于人工智能的通信系统中连接器故障诊断方法,从而判决连接器是否发生故障以及确定故障发生的位置。以射频接收机前端电路为例,假设电路中不同位置的连接器均有可能发生故障,对于遭受不同污染程度的连接器,考虑其阻抗参数的范围,确定故障模式,并采用BP(Error Back Propagation)神经网络进行了分类,结果表明本文所提出的诊断方法方便、快捷,诊断性能良好。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN915.05
【图文】：

小的尺寸和更多的功能方向发展。逡逑目前常用的射频连接器包括：ＳＭＡ、Ｎ、ＴＮＣ、ＳＢＭＡ、ＢＭＡ、ＳＭＰ、ＢＮＣ、逡逑２．９２ｍｍ等，如图１－１所示。逡逑Ｎ邋型逦ＴＮＣ逦ＳＭＡ逡逑ＢＮＣ逦ＢＭＡ逦ＳＭＰ逡逑图１－邋１几种典型的射频同轴连接器逡逑Ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ邋Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ邋Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋Ｃｈａｒｔ邋————逡逑．Ｔ＾邋ｎ逦ｍ逦ｍ．逡逑ｉ糊—一＂魏 —ｆ一逦

本文编号：2731920