接触表面污染对信号传输的影响

论文摘要

接触表面污染对信号传输的影响作为电接触领域一个新的研究课题,包含了电接触界面的电特性、接触表面污染情况研究、以及表面污染状况对信号传输影响等几方面的问题。本论文的研究目标是获得接触表面的电特性,着重于高频特性及其在通信传输线路中的影响,即由于接触表面污染导致的高频接触阻抗的变化和系统性能的降级等问题的机理,为降低连接器的故障率、提高连接器的质量及可靠性奠定基础。主要工作及成果如下：调研了目前通信网中连接器的故障,对通信网上连接器接触件表面进行了分析研究。分析研究表明,我国通信网上连接器镀金接触表面普遍存在不同程度的问题,其表现是：表面粗糙,存在划痕和裂纹；镀层厚度不足,表面存在大量微孔和缺陷,抗磨损能力差等；绝大多数表面有腐蚀物的生成以及尘土的沉积,有的还相当严重,尘土颗粒介入接触,势必造成接触不稳定并加速表面磨损,而腐蚀物在表面的蔓延、堆积又进一步造成接触状态恶化。这些问题成为通信传输系统中故障频发的不可忽略的因素。因此接触表面的污染是威胁当前通信网中连接器质量和通信可靠性的大问题。从接触件的高频特性和接触点界面间的高频特性两方面研究了通信传输中的电接触的影响。建立了单点和多点接触模型,从理论上分别对各高频参数进行了分析,并研究了环境污染对各参数造成的影响。研究表明,接触件的体电感、电阻以及触点的接触电阻、接触电容等均会因环境污染产生变化,而其对系统的影响又与系统工作频率密切相关。理论论证了电接触对信号传输性能的影响。从触点的等效电路入手,由于接触触点的影响,特别是接触界面表面特征的变化,使得传输线路中引入不连续的接入阻抗,因此造成信号传输的损失。传输线中连接器件的存在,实际上是引入了与阻抗不连续的传输线路,从传输理论可知,这势必带来信号的反射,造成传输信号的损失；通过阶跃信号传输过程的数学分析,可以看出,接触阻抗的存在,在不同情形下带来信号的幅度变化、信号延时等。此时如果线路终端阻抗不匹配,多次反射的结果必然又是信号的传输损失。这两方面,均是信号误码产生的可能原因。进行了污染表面的接触特性研究,包括各微观覆盖的污染物的形成与高频阻抗表现等。针对不同的腐蚀接触表面(包括镀金、镀银以及表面落尘等),结合电接触界面的电特性、接触表面污染的微观研究,将表面污染状况与其阻抗表现相联系,从而揭示了接触表面污染对信号传输的影响。长期自然暴露镀金样品接触阻抗的测试,将表面污染状况与其高频特性紧密联系起来；而对于镀银表面连接特性的测试,则反映了半导体膜层的相关频率特性,对加速积尘样片的研究清晰地表明了接触压力与接触阻抗的关系。三种不同的样片研究,实际上分别从各个侧面表现了电接触的频率特点。研究表面污染对接触件参数的影响。使用集中参数模型模拟接触件在电路中的作用,研究了接触件电感、电阻随频率甚至表面污染变化的情形,从而研究对信号传输完整性的影响。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 目录
• 第一章 绪论
• 参考文献
• 第二章 文献综述
• 2.1 电接触学科的发展及我国电接触现状
• 2.2 电接触理论的的研究、进展
• 2.2.1 国外研究进展
• 2.2.2 国内研究进展
• 2.3 电接触基本理论简介
• 2.3.1 基本定义
• 2.3.2 接触表面的微观描述
• 2.3.3 接触电阻理论
• 2.4 电接触表面污染研究简介
• 2.4.1 腐蚀膜的形成与影响
• 2.4.2 镀金层质量研究
• 2.4.3 尘土的影响
• 2.5 电接触高频特性的研究、进展
• 2.6 中国环保状况（大气污染方面）
• 2.7 连接器理论与应用
• 2.7.1 传输信号介绍
• 2.7.2 信号的完整性与传播
• 参考文献
• 第三章 通信系统中的电接触模型研究
• 3.1 研究背景
• 3.2 通信传输中的电接触
• 3.3 电接触界面的形成
• 3.4 接触阻抗
• 3.4.1 电接触模型分析
• 3.4.2 接触阻抗的概念
• 3.5 接触件的参数分析
• 3.5 接触界面的接触模型分析
• 3.5.1 单点接触模型的分析
• 3.5.2 多点接触模型的分析
• 参考文献
• 第四章 电接触表面污染对信号传输性能的影响
• 4.1 研究背景
• 4.2 电接触在传输线中的等效电路
• 4.2.1 连接器在传输线中
• 4.2.2 连接器触点在传输线中
• 4.3 接触阻抗对数字信号传输的影响
• 4.3.1 对均匀无损传输线的影响
• 4.4 总结
• 第五章 污染表面的接触特性的实验研究
• 5.1 研究背景
• 5.2 高频接触阻抗的测试与研究
• 5.2.1 测试设备介绍
• 5.2.2 测试装置的设计
• 5.2.3 准备实验:清洁样片表面不同位置的阻抗测试
• 5.3 长期自然暴露镀金表面的接触特性研究
• 5.3.1 背景和目的
• 5.3.2 实验准备工作
• 5.3.3 表面腐蚀物的形成与微观形貌分析、腐蚀成分分析
• 5.3.4 微孔腐蚀对接触性能的影响
• 5.3.5 讨论
• 5.3.6 结论
• 5.4 长期自然暴露镀银表面的接触特性研究
• 5.4.1 背景和目的
• 5.4.2 自然暴露镀银样片表面膜层的形貌与成分分析
• 5.4.3 表面微孔腐蚀对接触性能的影响
• 5.4.4 讨论
• 5.5 尘土对触点材料接触性能的影响
• 5.5.1 背景和目的
• 5.5.2 实验准备工作
• 5.5.3 加速落尘镀金样片微观形貌与腐蚀成分分析
• 5.5.4 尘土沉积对接触性能的影响
• 5.5.5 讨论
• 参考文献
• 第六章 表面污染对接触件参数的影响的实验研究
• 6.1 背景和目的
• 6.2 接触件高频参数测试方法介绍
• 6.2.1 TDR测试设备
• 6.2.2 测试装置
• 6.3 测试件的准备
• 6.4 测试结果
• 6.4.1 接触件长度与电感的关系
• 6.4.2 表面污染对接触件参数的影响
• 6.4.3 时域测试
• 6.5 讨论
• 参考文献
• 第七章 总结
• 致谢
• 作者攻读学位期间发表的学术论文目录