陕西华达科技股份有限公司 陕西西安 710065
摘要：弹性接触件插合后的可靠性是射频同轴连接器设计中需要关注的问题。本文对射频同轴连接器中开槽插孔接触件的结构形式、常见的失效模式进行了试论，按悬臂梁对“指状”接触片进行建模分析，阐述了开槽及收口等制造工艺环节中应注意的问题和方法，并分析了失效产生的原因，提出相对应方法，提高产品的固有可靠性，从而达到提高使用可靠性的目的。
关键词：射频同轴连接器；开槽插孔；可靠性；制造
接触件作为连接器内部承担接触功能的关键部件，对连接器的可靠性起着决定性作用。同时，接触件的可靠性取决于接触件的结构设计、工艺、制造、管理、原材料性能、工作环境等多种因素，因此，分析接触件的结构对接触情况和接触可靠性的影响，对提高连接器的可靠性有着重要的意义。
一、开槽插孔接触件设计
1、开槽插孔接触件存在的问题
开槽插孔在与插针插合时，理想状态为插拔平滑插合，对插针、插孔(镀层)损伤最小，插针台阶面与插孔端面紧密接触、连续；插合后，插孔外径与插针柄部直径相同，阻抗连续、恒定。但在实际的设计、制造中。理想状态很难或根本不可能实现，例如，由于难免存在尺寸公差，插针台阶面与插孔端面紧密接触很难实现。在实际设计时，为了避免插合时损坏开槽插孔接触件．往往故意留出间隙；同样由于尺寸公差的原因．插合后很难保证插孔外径与插针柄部直径相同．往往存在一定的锥度。因此在实际设计时，尺寸公差范围、锥度效应和开槽的影响等都是要考虑的因素。
2、开槽插孔接触件的设计
1)确保指状接触部分的强度足够，即增大模型中粱的截面模量。可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粱的长度；开槽的数量直接决定着粱的数量和梁的尺寸。
3)设计插孔接触件必须满足射频同轴连接器的电气性能要求。
3、插孔接触件强度设计步骤。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
在设计插孔接触件时，可按以下步骤进行：
1)根据要达到的插入和拔出力要求，确定在插孔的每个“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，确定每个“指状’接触片所能达到的最大正应力，同时在确定最大正应力时，应考虑安全系数。
3)确定最大正应力后，再确定出单个“指状”接触片的截面模量和开槽长度。
4)算出插孔接触件的内径、外径(应根据射频同轴连接器的阻抗和使用频率要求先确定外径，然后再确定内径)。在设计时，由于一般开槽较窄，而且还考虑了安全系数，所以槽宽引起的作用计算时可忽略。
5)用计算得到的插孔接触件的内、外径尺寸，通过HFFS建模仿真射频同轴连接器的电气性能，若不能实现，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和开槽长度，或同时改变。
二、插孔接触件开槽设计
“指状”接触片断裂是开槽插孔接触件最常见的失效形式，因此如何设计槽的结构、提高其疲劳强度是设计开槽结构的关键。对大多数射频连接器，通常将槽设计成平底式，容易加工。一些人会认为该结构容易在槽底存在应力集中点，容易断裂，而采用圆弧底形式的结构。从机械方面来看，圆弧底形式结构的疲劳强度优于平底式，但从工艺实现方面来看，圆弧底形式结构对刀具、工艺方法的要求更高，尤其是超小型射频同轴连接器的插孔接触件。
另外，对空气介质同轴传输线，插孔接触件上开槽会对射频同轴连接器的阻抗、电压驻波比产生影响，开槽数量越多、槽宽越大，对射频同辅连接器的阻抗、电压驻波比的影响越大。因此在确定开槽数量和宽度时，还要充分考虑这些影响，使其在规定的范围内。
三、插孔接触件的制造
开槽插孔接触件通常选用弹性及强度较好的锡磷青铜或铍青铜线材或棒材制造。选用锡磷青铜合金时，工序包括：加工外圆和内孔、开槽、收口、预插、进行低温稳定处理、电镀等；选用铍青铜合金时，插孔收口后要进行强化热处理，才能充分发挥铍青铜材料的高弹性性能。
1、开槽宽度。从电气性能来说，开槽宽度越小越有利于实现高的电气性能。但槽宽越小，加工难度越大，且开槽后的后处理难度也越大，尤其是超小型连接器的插孔接触件，若处理不好．往往是射频同轴连接器失效的原因之一。
通常的方法是采用锯片刀开槽，随着刀具技术和设备技术的发展，开槽宽度逐渐减小到0.15mm、O.10mm，甚至更窄。在开槽过程中，应注意的问题是保证开槽的对称度、直线度，以及毛刺的控制和去除，否则会严重降低“指状”接触片的强度，降低射频同轴连接器的使用寿命。
由于插孔接触件通常用铍铜合金制造，在加工中容易产生毛刺，且难以去除，所以一些厂家采用电加工的方法进行加工。由于电加工对加工部位产生电化腐蚀，且内孔中残留的腐蚀物、冷却液等杂质不容易清除，往往会对后续的热处理、电镀(镀不上或附着力小易脱落)等产生不利影响。
2、收口。对于开槽插孔接触件，要采用机械方法将其“指状”接触片均匀地向中心收口，才能与插合的插针接触件之间产生符合规定的分离力。精密收口是产品性能的关键因素，直接决定其接触性能和可靠性。最佳的收口应是准确控制、形成椭圆形闭合，使插针、插孔接触表面平滑。插针必须在满足国军标要求的插入力情况下插入，从而得到较好的电气性能和可靠性。为消除收口方法引起的缺陷和隐患，应采用合理的收口装置和方法，使接触片的受力及变形均匀。可根据应达到的收口后的直径，考虑弹性回弹等因素，设计制造圆锥形收口装置或在机床上旋转收口。其中，圆锥形收口装置的锥孔尺寸控制和插孔接触件的进入长度控制非常重要，直接决定着接触件的收口尺寸。当然圆锥形收口装置锥孔的表面应足够光滑，以免收口时损伤接触件表面。机床上旋转收口其插孔接触件的旋转速度、工具的轴向运动速度及径向进给速度、滚轮的质量是决定收口效果的主要因素。
四、结语
在射频同轴连接器中，插孔接触件是非常关键的构件之一，直接决定着射频同轴连接器的机械性能、电气性能和可靠性。因此在设计时，应充分考虑其强度及结构；在制造过程中，尤其是在开槽、收口等关键过程中，应严格控制插孔接触件的加工和处理质量及精度。只有注意了这些因素，射频同轴连接器的固有可靠性才能得到保证和提高。
参考文献：
[1]马永林.材料力学[M].北京：人民教育出版社，2014(11).
[2]吴秉钧.射频同轴连接器失效分析[C].射频连接器设计及论文汇编，2015(05).
[3]GJB5426.射频连接嚣界面[S].北京：总装备部军标出版发行部，2015(07).
论文作者:刘永茂
论文发表刊物:《防护工程》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/17
标签：开槽论文; 插孔论文; 可靠性论文; 射频同轴连接器论文; 性能论文; 结构论文; 连接器论文; 《防护工程》2018年第23期论文;