射頻連接器用開(kāi)槽插孔的可靠性設(shè)計(jì)與制造

　　摘要：本文主要對(duì)射頻同軸連接器用開(kāi)槽插孔接觸件的結(jié)構(gòu)形式、常見(jiàn)的失效模式進(jìn)行了簡(jiǎn)單論述;按懸臂梁對(duì)“指狀”接觸片進(jìn)行建模分析，簡(jiǎn)單介紹了其強(qiáng)度設(shè)計(jì)步驟、開(kāi)槽形式、簡(jiǎn)易收口方法所產(chǎn)生的缺陷以及應(yīng)采用的合理的收口方法;介紹了開(kāi)槽及收口等制造工藝環(huán)節(jié)中應(yīng)注意的問(wèn)題和方法。

　　關(guān)鍵詞：射頻同軸連接器;開(kāi)槽;插孔接觸件;可靠性插孔接觸件形式

　　在射頻同軸連接器中，插孔接觸件的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但在某些方面的要求是基本相同的，如：插入力和拔出力、接觸電阻以及機(jī)械壽命符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定等。使用最多的還是開(kāi)槽插孔接觸件。產(chǎn)品系列、規(guī)格、使用條件不同，開(kāi)槽插孔接觸件的結(jié)構(gòu)、規(guī)格(內(nèi)、外徑)、開(kāi)槽數(shù)量、開(kāi)槽寬度、開(kāi)槽長(zhǎng)度也不同。在結(jié)構(gòu)上，開(kāi)槽插孔接觸件有直通形式(圖1a)、錐形補(bǔ)償形式(圖1b)和“刷型”形式(圖1c)等;在規(guī)格上，不同系列的射頻同軸連接器，其插孔接觸件規(guī)格基本不同;在開(kāi)槽數(shù)量上，有2槽、4槽、6槽、8槽，還有3槽及其它開(kāi)槽數(shù)。部分50Ω軍用射頻同軸連接器的開(kāi)槽插孔接觸件的情況見(jiàn)表1。

　　射頻同軸連接器的品種很多，出現(xiàn)失效的狀況也千差萬(wàn)別，但從可靠性的角度來(lái)看，很多失效的機(jī)理和模式是相同的。航天203所的吳秉鈞老師進(jìn)行了總結(jié)、歸納為：連接失效;反射失效;電接觸失效;污染失效。而在射頻同軸連接器的電接觸失效中，開(kāi)槽插孔接觸件起著至關(guān)重要的作用，尤其是在微小型射頻同軸連接器中，射頻同軸連接器的電接觸失效大多數(shù)是由開(kāi)槽插孔接觸件結(jié)構(gòu)、材料、工藝方法等不當(dāng)或不過(guò)關(guān)而損壞引起的。開(kāi)槽插孔接觸件引起的產(chǎn)品失效及分析見(jiàn)表2。

　　在射頻同軸連接器中，尤其是小型、微小型高性能微波連接器中，開(kāi)槽插孔接觸件的地位舉足輕重，一方面，插孔接觸件的結(jié)構(gòu)、外徑尺寸與外接觸件、絕緣介質(zhì)一起，決定著射頻同軸連接器的工作頻率范圍、阻抗、反射等主要電氣性能指標(biāo);另一方面，插孔接觸件的結(jié)構(gòu)、開(kāi)槽數(shù)量、開(kāi)槽長(zhǎng)度，又決定著插入力和拔出力、接觸電阻、機(jī)械壽命等性能。

　　開(kāi)槽插孔接觸件設(shè)計(jì)

　　渴望與實(shí)際

　　在確定插孔接觸件時(shí)，渴望實(shí)現(xiàn)的最理想狀態(tài)(見(jiàn)圖2)為：在與插針插合時(shí)，插拔平滑，對(duì)插針、插孔(鍍層)損傷最小;與插針插合后，插針臺(tái)階面與插孔端面緊密接觸、連續(xù);插合后，插孔外徑與插針柄部直徑相同，阻抗連續(xù)、恒定。但在實(shí)際的設(shè)計(jì)、制造中，理想狀態(tài)是很難或根本不可能實(shí)現(xiàn)的，例如，由于難免存在尺寸公差，插針臺(tái)階面與插孔端面緊密接觸就很難實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，為了避免插合時(shí)損壞開(kāi)槽插孔接觸件，往往故意留出間隙;同樣由于尺寸公差的原因，插合后很難保證插孔外徑與插針柄部直徑相同，往往存在一定的錐度，見(jiàn)圖3。因此在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，尺寸公差范圍、錐度效應(yīng)和開(kāi)槽的影響等都是要考慮的因素。

　　開(kāi)槽插孔接觸件設(shè)計(jì)原理--接觸片受力及變形分析

　　插孔接觸件開(kāi)槽后，其“指狀”接觸片的受力和變形情況可按懸臂梁進(jìn)行建模分析。下面就以開(kāi)2槽的TNC插孔接觸件為例進(jìn)行分析。

　　截面形狀及幾何特性

　　插孔接觸件開(kāi)槽后，要進(jìn)行收口處理，與插針插合后，其“指狀”接觸片發(fā)生彈性變形，變形量為(見(jiàn)圖4中的右半部分，虛線所示為未插合時(shí)的插孔的輪廓線)，這樣才能在接觸部位產(chǎn)生正壓力、形成可靠接觸。

　　截面形狀，如圖4中的左半部分所示，該截面的幾何特性為：

　　h—從中性層到x軸的距離，單位為mm，可由公式(1)計(jì)算得到。

　　J —慣性矩，單位為mm4，可按公式(2)進(jìn)行計(jì)算。

　　Z—截面模量，單位為mm3，可按公式(3)進(jìn)行計(jì)算。