射频连接器用开槽插孔的可靠性设计与制造

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1、射频连接器用开槽插孔的可靠性设计与制造中心议题：开槽插孔接触件设计插孔接触件开槽设计插孔接触件的制造本文主要对射频同轴连接器用开槽插孔接触件的结构形式、常见的失效模式进行了简单论述；按悬臂梁对“指状”接触片进行建模分析，简单介绍了其强度设计步骤、开槽形式、简易收口方法所产生的缺陷以及应采用的合理的收口方法；介绍了开槽及收口等制造工艺环节中应注意的问题和方法。在射频同轴连接器中，插孔接触件的结构形式多种多样，但在某些方面的要求是基本相同的，如：插入力和拔出力、接触电阻以及机械寿命符合相关标准的规定等。使用最多的还是开槽插孔接触件。产品

2、系列、规格、使用条件不同，开槽插孔接触件的结构、规格(内、外径)、开槽数量、开槽宽度、开槽长度也不同。在结构上，开槽插孔接触件有直通形式(图1a)、锥形补偿形式(图1b)和“刷型”形式(图1c)等;在规格上，不同系列的射频同轴连接器，其插孔接触件规格基本不同；在开槽数量上，有2槽、4槽、6槽、8槽，还有3槽及其它开槽数。部分50Ω军用射频同轴连接器的开槽插孔接触件的情况见表1。射频同轴连接器的品种很多，出现失效的状况也千差万别，但从可靠性的角度来看，很多失效的机理和模式是相同的。航天203所的吴秉钧老师进行了总结、归纳为：连接失效；

3、反射失效；电接触失效；污染失效。而在射频同轴连接器的电接触失效中，开槽插孔接触件起着至关重要的作用，尤其是在微小型射频同轴连接器中，射频同轴连接器的电接触失效大多数是由开槽插孔接触件结构、材料、工艺方法等不当或不过关而损坏引起的。开槽插孔接触件引起的产品失效及分析见表2。在射频同轴连接器中，尤其是小型、微小型高性能微波连接器中，开槽插孔接触件的地位举足轻重，一方面，插孔接触件的结构、外径尺寸与外接触件、绝缘介质一起，决定着射频同轴连接器的工作频率范围、阻抗、反射等主要电气性能指标；另一方面，插孔接触件的结构、开槽数量、开槽长度，又决

4、定着插入力和拔出力、接触电阻、机械寿命等性能。开槽插孔接触件设计原理--接触片受力及变形分析插孔接触件开槽后，其“指状”接触片的受力和变形情况可按悬臂梁进行建模分析。下面就以开2槽的TNC插孔接触件为例进行分析。截面形状及几何特性插孔接触件开槽后，要进行收口处理，与插针插合后，其“指状”接触片发生弹性变形，变形量为(见图4中的右半部分，虚线所示为未插合时的插孔的轮廓线)，这样才能在接触部位产生正压力、形成可靠接触。截面形状，如图4中的左半部分所示，该截面的几何特性为：h—从中性层到x轴的距离，单位为mm，可由公式(1)计算得到。J—

5、惯性矩，单位为mm4，可按公式(2)进行计算。Z—截面模量，单位为mm3，可按公式(3)进行计算。建模分析根据插孔接触件的结构及插合时的接触部位的不同，建立以下三种模型。模型1，一端固定，均布载荷(图5)。模型2，一端固定，另一端加载(图6)。模型3，一端固定，中间加载(图7)。这三种模型的最大受力及变形情况如表3所示。模型2与模型3相比，变形段的长度较大(L>L-a)。这样，在端部位移相同的情况下，施力点的转角较小，且变形更均匀，有利于提高梁的强度。因此，在射频同轴连接器的实际应用中[直通形式(图1a)或“刷型”形式(图1c)中的

6、口部接触的情况]，通常采用该种模型进行分析、计算和设计。在设计插孔接触件时，为了保证可靠性，重点关注以下几个方面。(1)确保指状接触部分的强度足够，即增大模型中梁的E和Z。可以通过选用性能优良的材料、增大指状接触部分的厚度和减小开槽宽度等来实现。例如，最典型的标准SMA射频同轴连接器，其开槽插孔接触件的指状接触部分很薄(受结构尺寸所限)，强度较差，往往是失效的主要模式。(2)注意设计和控制开槽的长度和数量。开槽的长度直接决定着模型中梁的长度;开槽的数量直接决定着梁的数量和梁的尺寸。(3)设计插孔接触件必须满足射频同轴连接器的电气性能

7、要求。n—“指状”接触片数量;μ—插孔与插针之间的摩擦系数;W—“指状”接触片的端部应产生的正压力。(2)确定每个“指状”接触片的端部应产生的正压力(W)后，选择材料(同时还要考虑材料的传导性、工艺性等因素)，根据选用材料的许用应力σb，确定每个“指状”接触片所能达到的最大正应力σmax，在确定最大正应力σmax时，应考虑安全系数，一般取2～3.5，即：σb=(2～3.5)σmax。(3)确定最大正应力σmax后，根据公式(5)，确定出单个“指状”接触片的截面模量Z和开槽长度。(5)用计算得到的插孔接触件的内径、外径尺寸，验算能否实

8、现射频同轴连接器的电气性能(阻抗是否为50Ω、上限截止频率是否达到要求等)，如果不能实现，则应从第二步开始重新选择材料或在第三步中重新确定接触片的截面模量Z和开槽长度，或者同时改变。插孔接触件开槽设计“指状”接触片断裂是开槽插孔接触件