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在各种各样的电子、电力设备或系统中,数量最多,最容易出故障从而导致系统不能正常可靠工作的“元件”之一就是“电接触触点”。据调查,在通信设备中影响信号传输质量、引起故障增多,误码率增高,除设备本身的问题外,一个重要原因就是系统中数字配线架(DDF)上的同轴连接器质量不好,再加上环境的影响使得电接触触点出现故障所致,即电接触失效。这种故障的特点是不稳定,时好时坏,再现性差,查找困难。进一步研究表明,引起电接触失效的原因很多,如材料的选择,接触表面粗糙度,硬度,表面耐磨性,表面镀金层质量,微动磨损,插拔磨损及使用环境条件等。这些因素影响连接器的可靠性,造成电接触失效的机理是非常复杂的,而各种故障是怎样影响传输参数从而导致误码率增高直至传输中断这一问题在我国至今还没有被人们充分意识到,因而对其进行的研究也几乎没有。
针对这种情况,本论文根据通信系统中电接触的特点对通信系统中电接触故障对信号传输的影响这一领域作了比较全面的研究和探讨。结合目前的实际情况和研究者们对此领域所做的一些探讨性的研究,本论文提出了一些新的概念,并通过不同的研究方法获得一些对提高通信系统可靠性有指导和实用价值的创新的研究成果。其中主要的工作有:
1.结合经典电接触理论和通信系统中电接触的特点提出了通信系统中的电接触模型
以往在电接触理论与工程实践中都是利用接触电阻这一概念来描述电接触的影响。但在通信系统中,尤其是在高速率的数字通信系统中,不仅接触电阻会发生变化而且接触电容和接触电感也可能会发生变化,所以仅用接触电阻这一参数已经不能完全描述电接触对信号传输的影响,而且由于频率的影响,接触故障可能会引起很多与低频时不同的问题。因此本论文结合通信系统中电接触的特点对通信系统中电接触的模型——接触阻抗进行了分析和研究并对实际接触阻抗的计算提出了一些方法和意见。
2.理论分析了通信系统中电接触故障对信号传输的影响
根据经典电接触理论结合高频(高速率)信号传输的特点,结合实际通信系统中使用的数字分配架上的同轴连接器的特点,对电接触故障导致误码率增高的可能性进行了理论分析和探讨。
根据实际通信系统的传输特点,将理论分析分为以下三种情况:理想传输线、终端阻抗匹配;理想传输线、终端阻抗不匹配;有损耗传输线、终端阻抗匹配。对这三种情况,根据电接触阻抗(主要是接触电阻和接触电容)的不同,详细地分析了电接触阻抗对信号传输的影响并讨论了出现误码的可能性。经理论分析得出:由于电接触的存在,或多或少都要影响信号的传输,影响的大小不仅取决于电接触本身的特性(接触阻抗),而且与电路参数有关(阻抗是否匹配,传输线有无损耗等)。而电接触对信号的影响不仅会减小其幅度,而且还会改变信号的波形。而且电接触对信号传输的影响还与信号传输频率等有关。这样使得产生误码的可能性变得很大。
3.通过计算机仿真分析了通信系统中电接触故障对信号传输的影响,得到不同情况下电接触故障中的各种因素对信号传输的影响程度
利用计算机仿真软件对通信系统中电接触模型进行电路模拟分析,得到了电接触故障对信号传输影响的模拟分析图形,最后对模拟图形进行分析研究,对电接触故障对信号传输的影响有了清晰的掌握。为便于理论分析与仿真结果的对照,在进行仿真时也分为理想情况、阻抗不匹配情况和传输线有衰减情况三种情况来分析。通过分别改变接触阻抗(主要是接触电阻和接触电容)和输入信号频率的大小,比较输出信号(波形和幅度)得出接触阻抗和传输频率对信号传输的影响程度。通过计算机仿真的辅助分析得出:当接触阻抗增加时,接收信号衰减增大。因此必须严格控制接触阻抗大小,一旦超过门限值,误码就会产生。接触阻抗中接触电容部分对信号传输影响严重,特别是对波形的影响,而且一旦接触电容存在,信号传输频率对信号传输就有影响,因此必须严格控制接触电容和信号传输频率大小,以减少误码的产生。
4.实验模拟研究了电接触故障对信号传输的影响
在实验模拟中主要是对实际连接器对信号传输的影响和接触电阻对信号传输影响规律作了研究,通过采用在相同条件下比较通过有同轴连接器和无连接器线路的输出信号,定性分析其中同轴连接器对信号传输的影响并且观察不同输入频率下对信号传输的影响。另外通过改变接触电阻的大小来观测输出信号幅度与波形的改变以得到接触电阻对信号传输的影响,并改变输入信号的频率以得到频率对信号传输的影响。通过这些实验模拟进一步验证了接触电阻这个主要影响因素对信号传输影响的规律,还了解了到其他影响因素例如分布电容等会使信号波形发生失真,尤其在高频情况下,过冲和拖尾现象严重,增大了误码产生的几率。