2 性能要求
    2.1 結(jié)構(gòu)合理、緊湊、使用方便      

    接口、安裝尺寸和接觸件的排列分布等互換性尺寸符合GJB142A94中25芯、3號殼體的規(guī)定，通用性強(qiáng)，體積小，重量輕，安裝使用方便。

    2.2主要技術(shù)性能指標(biāo)     
    這種濾波連接器主要用于要求較高的軍用設(shè)備，因此對性能指標(biāo)有較高的要求，耐環(huán)境技術(shù)指標(biāo)符合GJB142A－94《機(jī)柜用外殼定位小型矩形電連接器總規(guī)范》（等效于MIL—C24308B（2）《小矩形外殼定位機(jī)柜電連接器總規(guī)范》）的規(guī)定，部分指標(biāo)還高于其規(guī)定，插入損耗符合GJB130891《濾波電連接器要求》（等效于MIL—STD—2120《通訊用抗電磁干擾連接器》）的規(guī)定（見表1）

3連接器的結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計      

    由于該連接器的互換性尺寸符合GJB142A的規(guī)定，插孔接觸件為線簧插孔，而且用戶要求連接器適合用于板載連接，不增大機(jī)柜的體積，要求濾波性能符合GJB1308中G頻段的規(guī)定，上述相關(guān)機(jī)械和電氣原因決定了連接器的整體結(jié)構(gòu)：在插針接觸件上加裝濾波器組件構(gòu)成濾波插針連接器，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，的接地簧片和連接器的外殼以及濾波器的接地極相接，連接器的外殼和機(jī)柜相連，這樣就通過了接地、屏蔽和濾波幾種方法的綜合利用，有效地抑制了EMI/RFI。由線簧插孔接觸件構(gòu)成插孔連接器，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示，線簧插孔的端接方式為焊接，同時由于其插拔力較小，可適用于不同厚度的印制板。

圖1    濾波插針電連接器外形結(jié)構(gòu)
1.防塵蓋  2.外殼  3.安裝板  4.濾波插針組件
5.安裝板  6.接地簧片  7.安裝板  8.外殼

3.2濾波接觸件的結(jié)構(gòu)和濾波原理      

    由于工藝和性能等方面的要求，此次研制的連接器所采用的濾波元件結(jié)構(gòu)采用管狀結(jié)構(gòu)。將管狀電容器和管狀磁芯組成的濾波元件裝入插針和接線端子之間，通過壓接后即構(gòu)成濾波插針接觸件，如圖2所示。

圖2    濾波插針接觸件的結(jié)構(gòu)

1.插針  2.管狀電容器  3.鐵氧體電感器（磁芯）  4.接線端子

    由圖2可以看出濾波組件的電路原理圖，如圖3所示。

圖3    濾波組件的電路原理
L.電感器    C1.輸入電容器    C2.輸出電容器

    該濾波器為“π”型低通濾波器，它由兩個并聯(lián)的輸入、輸出電容器和電感器（即鐵氧體磁芯）組成，在大于截止頻率時，每個元件的衰減變化率為6dB/倍頻程，這樣，“π”型低通濾波器的超截止頻率的衰減為18dB/倍頻程。

上述陶瓷管式濾波接觸件為無源雙端口網(wǎng)絡(luò)，其傳遞函數(shù)為：
  （1）
式中：S是網(wǎng)絡(luò)的S參數(shù)，S=jω；
ω是角頻率，ω=2πfrad/s；j是虛數(shù)，。
以S=jω帶入上式，可得到下式：
 （2）

    然后，在不同頻率上計算這個表達(dá)式，結(jié)果可以得出用T（jω）的值以及對于直流（零頻）而言的相對應(yīng)的衰減分貝值，如表2所示。

  表2  T（jω）的頻響特性

RS=RL=1Ω（RS是信號源內(nèi)阻；RL是負(fù)載電阻）
L=2H
C1=C2=1F

    根據(jù)實際情況中濾波器所配接電纜的特性阻抗，可對濾波器進(jìn)行阻抗標(biāo)度；根據(jù)實際情況中所要求的截止頻率，可對濾波器進(jìn)行頻率標(biāo)度，即“去歸一化”。根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)fC=0.5MHz及電纜特性阻抗R=50Ω（假設(shè)），以及標(biāo)度公式，可得出“去歸一化”后的低通濾波器各元件的值：
    R=R′×Z=1×50=50（Ω）
   
    

    式中：“′”表示阻抗標(biāo)度前的數(shù)值；FSF是根據(jù)實際要求的截止頻率而得出的頻率標(biāo)度系數(shù)。
    由上述計算可以看出，元件的選擇符合GJB1308-91的規(guī)定，滿足設(shè)計要求。

3.3接地簧片的結(jié)構(gòu)設(shè)計

    在本設(shè)計中，濾波接觸件的接地回路是通過接地簧片與濾波器組件的公共接地極及電連接器殼體配合，而后電連接器殼體固定在機(jī)柜上與機(jī)柜形成接地網(wǎng)絡(luò)。所以，接地簧片的設(shè)計是確保接地可靠性的關(guān)鍵。為了有效地濾除干擾信號，接地電阻必須盡可能地小。根據(jù)濾波器組件的強(qiáng)度，充分利用材料的彈性極限，使接地簧片與濾波器組件和殼體之間的接觸壓力盡可能地大，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須進(jìn)行理論計算，以保證設(shè)計的科學(xué)合理性。接地簧片上面有一系列孔，孔的排列與絕緣安裝板的孔位排列相同。為了接地可靠及更好地分流，將接地簧片設(shè)計成彈性多爪形式，即上面有按標(biāo)準(zhǔn)孔位排列的孔，每個孔上有多個彈性爪卡住電容器的公共接地極，然后通過簧片四周的彈性齒爪與外殼相接。接地簧片材料采用彈性和強(qiáng)度都比較好的材料。接地簧片的開槽以及彈性齒爪之間的間隙必須盡可能地小，以防止電磁波衍射過去，造成衰減性能的惡化。

3.4插孔連接器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

    由圖5可以看出，雙曲面線簧插孔（簡稱線簧孔）的結(jié)構(gòu)是由前外套、襯套、高彈性線簧絲和后外套構(gòu)成。它是采用并聯(lián)失效模式原理而設(shè)計的具有多路傳遞的插孔：根據(jù)額定電流的大小，將多根獨立的高彈性金屬線簧絲通過斜槽芯棒，在襯套中與襯套的軸向形成一定的角度，并彎向襯套兩端的外壁后，通過襯套、線簧絲和外套之間的過盈配合作用，將絲壓緊固定在襯套的兩端上，前、后外套滾鉚在襯套上。設(shè)計時應(yīng)使線簧絲所形成的雙曲面zui小包絡(luò)直徑（即喉圓）小于所配插針的直徑。當(dāng)插針插入線簧孔時，線簧絲在徑向和軸向都發(fā)生彈性變形，插針即與線簧孔中多根獨立的線簧絲同時接觸，構(gòu)成多個獨立的電流通路。即使插孔中的個別線簧絲斷裂，線簧孔仍能構(gòu)成有效的電流通路。由此也可以看出其插拔力小、接觸電阻小和可靠性高等特點。

圖4   插孔連接器的外形結(jié)構(gòu)
1.防塵蓋  2.線簧插孔  3.殼體  4.6.7.安裝板  5.殼體
 

圖5    雙曲面線簧插孔結(jié)構(gòu)
1.前外套  2.襯套  3.高彈性線簧絲  4.后外套

    為了保證連接器的的額定電流，插針的插配直徑已固定。為使連接器的體積盡量小，以及為了保證連接器內(nèi)有必需的芯數(shù)、耐電壓和絕緣電阻的等級等性能指標(biāo)，要求線簧孔的外徑盡可能地小。因此，線簧絲相對較細(xì)、較短；襯套和外套的壁厚不可能太厚。在裝配時，線簧絲由襯套的內(nèi)壁彎向襯套的外壁，絲的彎曲半徑僅為襯套壁厚的1/2，因此，線簧絲的彎曲半徑也相應(yīng)較小。同時，為了保證線簧絲的彈性，要求絲有一定的硬度，絲在彎曲時由于彎曲半徑較小，易引起絲彎曲表面處皸裂。同時，當(dāng)插針連接器和插孔連接器插配時，非直線性的插配容易使插針在絲彎曲處烙傷甚至剪斷絲；在使用中，當(dāng)外力作用于插孔連接器上、線簧孔在安裝板中移動、前外套和安裝板接觸時，如果外力過大，也易損傷線簧孔，造成斷絲，甚至使線簧孔解體。針對這些因素，在設(shè)計時必須充分考慮，科學(xué)合理設(shè)計插孔連接器的整體結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮線簧孔的高可靠性。

    多根線簧絲圍繞襯套所形成的雙曲面的喉圓必須小于所配插針的插配直徑，否則會造成接觸電阻偏大，接觸不可靠。襯套的兩端內(nèi)外都必須倒圓角，合理選擇襯套、外套和線簧絲的材料、硬度，以防止在絲彎曲處烙傷甚至剪斷絲。襯套和外套之間必須滾鉚牢固，以防止線簧孔解體，綜合考慮多方面的因素，在生產(chǎn)過程中嚴(yán)格控制零件尺寸，提高線簧孔的可靠性。

    如圖4所示，在安裝板4上有根據(jù)插針的插配直徑合理設(shè)計的導(dǎo)向孔，以利于連接器的插配，同時起到保護(hù)線簧孔的作用。因為導(dǎo)向孔過小，連接器不易插合，起不到導(dǎo)向的作用；導(dǎo)向孔過大，插針連接器和插孔連接器非直線性插配時，容易損傷線簧孔。在安裝板6和7上有一個“十”形簡單的定位機(jī)構(gòu)，使線簧孔在安裝板中能夠在預(yù)定的范圍內(nèi)自由活動，使插針和插孔容易插配，同時使插孔活動的范圍能夠得到控制，使其前外套和安裝板之間沒有破壞性力的作用，從而使線簧孔不會出現(xiàn)斷絲和解體等問題。由于定位機(jī)構(gòu)分設(shè)在兩個安裝板上，結(jié)構(gòu)簡單，模具設(shè)計、制造容易，尺寸容易控制，工藝性好，零件的尺寸也容易控制。在設(shè)計制造時嚴(yán)格控制零件尺寸就可以滿足連接器的整體設(shè)計要求。同時，由于沒有使用卡環(huán)等固定裝置，減少了零件的數(shù)量，從而使插孔連接器裝配簡單、快捷，不需要任何工裝，也提高了整體可靠性。

4 測試結(jié)果分析

    按照企業(yè)軍標(biāo)和有關(guān)鑒定檢驗程序的要求，對產(chǎn)品進(jìn)行了全面嚴(yán)格的檢驗，各項檢驗全部合格。插入損耗優(yōu)于GJB1308的規(guī)定，如表3所示。

                    表3  插入損耗的比較

    通過對比發(fā)現(xiàn)，測試結(jié)果與理論計算結(jié)果有差距，究其原因，主要是實際制造與理論計算本身就有差別，如尺寸精度、材料性能等，測試環(huán)境、測試工裝以及測量誤差也都會影響測試結(jié)果。但是實際測試結(jié)果仍優(yōu)于設(shè)計要求。

5結(jié)論

    線簧孔矩形濾波連接器的研制，采用了一些成熟技術(shù)，對一些參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，使整個連接器的結(jié)構(gòu)合理、緊湊，總的來說，這種設(shè)計取得了成功。