高功率带线结环行器仿真和温度补偿设计
一种高功率铁氧体环行器结构设计
成。工作时， 这种铁氧体环行器需要承受高峰功率和高 平均功率 ， 其插入损耗绝大部分来 自移相段铁氧体片产
生的微波损耗， 而这些损耗全部转化为热量。如果这种
热 量不能很好地传 出， 氧体 片的温度 就会升高 ， 铁 超过 一
求得
Ｐｏ／ Ｐｉ＝ ｏ． ３ ５ ９ ３２
定值时， 生 其ｆ能就会逐渐变差 ， 最终导致器件隔离度等重
ｎ
＝ ＝
３ 热设计
系统设计要求为铁氧体最大损耗功率 ９０ｗ； ０ 铁氧 体表 面温度 Ｔ≤７ ０℃ ； 冷却水为 乙二醇水溶液 （ 重度 比 ５％）随设备配置的外部冷却设备能将循环冷却出水从 ６ ； ５ 降低至 ５ 。 ８ｏ Ｃ ｏ℃ 冷却水的流量可由下列方体片所在波导宽边 能够均分给每个水道的最大尺寸 ， 来确定水道的宽度， 再 根据经验预设一个高度， 得到相应的水道截面积， 然后通
图 １ 采用 ８条铁氧体移相段横切面
铁氧体片在 工作 中因微 波损耗 产生 的热 量 ， 通过 波
过理沦计 算求得冷却后铁氧体片的表面温度。若计算得 到 的铁氧体片表 面温度 明显低 于规定 的温度上 限 ， 明 说
２１ 年 １ 月 ０１ ０
性， 损耗功率可按 ９０ 计。 ０ Ｗ
２ 基本 结构设计
根据环行器的工作频率和构造原理， 设计时为移相 段选定 了适用的双联波导 。为 了有效散热和缩短 移相段 长度 ， 采用了 ８ 条铁氧体片方案， 其移相段横切面示意图
如图 １ 所示 。
铁氧体 波导
进出 口温差 ， ℃。
： ０ ０３ｍ ．１
（０ １）
式中， 为流道湿周。则 Ｒ ５８由计算可知流动的冷 ｅ＝ ０
却水为层流。取准则方程为＿ ４ ］
毫米波宽带高功率结环行器的研制
铁氧 体 归一 化 磁 矩 一 般 取 ０ ６ 但 目前 铁 氧 体 材 料 饱 ．，
和磁 矩最 高也 只有 ５３ ０ Ｇ， 归一 化 磁 矩 只有 取 ０ ３ ０ 故 ． 左右， 因为 波导 尺寸 限制 ， 了弥 补旋 磁性 又不 能依 靠 为 过多 增 大铁 氧体 尺 寸 ； 时 为 了满 足宽 带 和 高 平 均 功 同
试较麻 烦 。
器件 设计 具 有相 当难 度 ， 因为 ： １ （ ）在 Ｋ ａ波段 这 么 高
频率 且 需要 在 全 Ｋ ａ波 段 满 足 使 用 要 求 ， 求 铁 氧 体 要 材料 饱 和磁 矩和 外偏 磁 场 均 较 高 ， 规 环 行 器 件 设计 常
１ 设 计 方 法
对 低场 环行 器铁 氧体 饱 和磁 矩 可按 ４ ｒ ３ （ ￣ Ｍｓ ｆ 厂
第３பைடு நூலகம்２卷
第 ３期
雷 达 与 对 抗
ＲＡ ＤＡＲ ＆ Ｅ Ｍ Ｃ
Ｖｏ ． Ｎｏ． １３２ ３
２１ ０ ２年 ９月
Ｓｐ．０２ ｅ ｔ２ １
毫米 波 宽 带 高 功 率 结 环 行 器 的研 制
范 宇 ， 雁 翎 周
（ 中国电子科技集团公司第三 十八研究所 ， 合肥 ２０ ８ ） ３ ０ ８
Ｋｅ ｗｏ ｄ ：ｂ ｏ ｄ ａ ｄ ｃｒ ｕ ａ ｏ ；ｆ ｌ Ｋａ ｂ ｎ ｙ ｒ ｓ ｒ ａ ｂ ｎ ｉｃ ｌ ｔｒ ｕｌ — ａ ｄ；Ｃ ｅ ｙ ｈ ｖ ｓｅ ｐ ｄ ｉ ｅ ａ ｃ ｒ ｎ ｆｒ ｒ ｈ ｂ ｓ ｅ ｔ ｐ ｅ ｍｐ ｄ ｎ ｅ ｔ ｓｏ ｍｅ ａ
０ 引 言
４ Ｈ ｅｄ ｖｌ ｅ ａ ｓ ｅｄｍａ ｄ ｆ ｒａ ｂ ｎ ａ ｓ ｉｅ ｙｔｍ．Ｗｉ ｅＹ ｊｎｔ ｎ ０Ｇ ｚｂ ｅｅｏ ｄｔ ｓｔｆ ｔ ｅ ｎ ｓ ｂｏｄ ａ ｄｔ ｎｍ ｔ ｒ ｓ ｐ ｏ ｉｙｈ ｏａ ｒ ｔ ｓ ｅ ｔ ｔ － ｃ ｏ ｈｈ ｕ ｉ
高温环境下电连接器内部温度有限元仿真分析及试验
第３０卷第１５期中国机械工程V o l ．３０㊀N o ．１５２０１９年８月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p．１８６７Ｇ１８７２高温环境下电连接器内部温度有限元仿真分析及试验高㊀成㊀张㊀芮㊀黄姣英㊀赵㊀冬北京航空航天大学可靠性与系统工程学院,北京,１００１９１摘要:针对电连接器内部温度难以准确测量的问题,以Y ２型宇航分离脱落电连接器为研究对象,完成了电连接器内部温度测试方法的仿真研究㊁试验设计及相关影响因素分析.利用S o l i d W o r k s 软件建立电连接器的三维模型,基于A N S Y S 对电连接器模型进行热电耦合仿真分析,得到了电连接器在不同环境温度下的内部温升及温度分布规律.设计电连接器内部温度测试系统,完成电连接器内部温度测试以及与仿真结果的对比验证.基于此仿真方法,研究芯数㊁工作电流及接触电阻对电连接器温度变化的影响,发现电连接器内部最高温度均随这三个影响因素的增大而增大.关键词:电连接器;热电耦合;有限元仿真;内部温度测试;影响因素中图分类号:V ２４０．２D O I :１０．３９６９/j．i s s n ．１００４ １３２X．２０１９．１５．０１３开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):F i n i t eE l e m e n t S i m u l a t i o nA n a l y s e s a n dT e s t s o n I n t e r n a l T e m pe r a t u r e s of E l e c t r i c a l C o n n e c t o r s u n d e rH ig hT e m pe r a t u r e s G A O C h e n g ㊀Z HA N G R u i ㊀HU A N GJ i a o y i n g ㊀Z H A O D o n gS c h o o l o fR e l i a b i l i t y a n dS y s t e m sE n g i n e e r i n g ,B e i h a n g U n i v e r s i t y ,B e i j i n g,１００１９１A b s t r a c t :S i m u l a t i o n ,e x p e r i m e n t a ld e s i g na n di n f l u e n t i a l f a c t o r sa n a l ys i sw e r ec a r r i e do u t ,i n v i e wo f t h e d i f f i c u l t i e s t om e a s u r e t h e i n t e r n a l t e m pe r a t u r e s of t h e e l e c t r i c a l c o n n e c t o r s a n d t h e i n a c c u Ｇr a t em e a s u r e m e n t r e s u l t s ,t a k i ng Y ２t y p e e l e c t r i c a l c o n n e c t o r s a s th e r e s e a r c ho b je c t s ．T h r e e Ｇd i m e n Ｇs i o n a lm o d e lw a s c o n d u c t e db y S o l i d W o r k s ,t h e r m a l Ｇe l e c t r i c c o u p l i n g fi n i t ee l e m e n t s s i m u l a t i o nw a s i m p l e m e n t e db y A N S Y S ,a n d t h e n t e m p e r a t u r e r i s e a n d t e m p e r a t u r e f i e l dd i s t r i b u t i o nw e r e a n a l yz e d u n d e r d i f f e r e n t e n v i r o n m e n t a l t e m p e r a t u r e s ．As e t o f i n t e r n a l t e m p e r a t u r e t e s t s y s t e m sw a s d e s i gn e d ,a c t u a l i n t e r n a l t e m p e r a t u r e s o f e l e c t r i c a l c o n n e c t o r sw e r em e a s u r e d a n d t h e e x pe r i m e n t a l d a t a s h o wa g o o d a gr e e m e n tw i t h s i m u l a t i o n r e s u l t s ．T h e i n f l u e n c e s o f n u m b e r o f c o r e s ,c u r r e n t a n d c o n t a c t r e s i s t Ｇa n c e o n i n t e r n a l t e m pe r a t u r e sof e l e c t r i c a l c o n n e c t o r sw e r es i m u l a t e d ,a n d t h e r e s u l t ss h o wt h a t t h e m a x i m u mt e m p e r a t u r e s i n c r e a s ew i t h t h e i n c r e a s e s o f t h e t h r e e f a c t o r s ．K e y wo r d s :e l e c t r i c a lc o n n e c t o r ;t h e r m a l Ｇe l e c t r i cc o u p l i n g ;f i n i t ee l e m e n ts i m u l a t i o n ;i n t e r n a l t e m pe r a t u r e t e s t ;i nf l u e n t i a l f a c t o r 收稿日期:２０１８０７０４０㊀引言电连接器为电气终端之间提供连接与分离功能,可以实现电信号的传递㊁控制以及电连接,广泛应用于军事装备和航空航天设备中[１].统计数据显示,在所有的航空㊁航天系统故障中,由电连接器失效引起的故障占故障总数的３０％左右,造成的损失无法估量,其中,接触失效引发故障所占比例最高达到４６．１％,而高温是造成接触失效的一个最主要的因素.近年来有大量关于温度对电连接器影响的研究.A N S Y S 软件[２Ｇ３]是融合结构㊁流体㊁电场㊁磁场㊁声场和耦合场分析于一体的通用有限元分析软件.文献[４Ｇ５]通过A N S Y S 对电连接器温度场进行了仿真分析,研究了不同温度下电连接器的温度场分布.文献[６]通过建立高温电连接器三维仿真模型,对不同高温环境下电连接器的温度场进行了有限元仿真,并利用电磁加热装置和热电偶测试,验证了有限元热分析的正确性.文献[７]对某型电连接器在不同环境温度和振动应力综合作用下进行失效分析,确定了主要失效机理并进行了可靠性建模.文献[８]研究了热循环应力对电连接器可靠性的影响.文献[９]研究了７６８１ 中国机械工程h tt p://ww w.cm em o.or g.cn公众号：t ra ns -c me sCopyright©博看网 . All Rights Reserved.温度与振动对不同结构尺寸电连接器寿命的影响.当电连接器工作的环境温度特别高时,需要对电连接器内部耐高温性能有准确的预估,以防止电连接器在工作时由于内部温度过高而导致的失效.因此,必须准确地测量出高温环境下电连接器的内部温度,用于对电连接器耐高温性能的检测,以保证在最严酷的使用环境下电连接器不会产生电接触失效的现象.但由于电连接器零件多,内部结构复杂,且尺寸不规则,内部温度的测试有很大难度.本文针对Y ２型宇航分离脱落电连接器进行电连接器内部温度的有限元仿真,基于自主设计的内部温度测试系统进行电连接器内部温度检测试验,通过对比分析试验结果与仿真结果,验证有限元仿真的正确性,并基于该仿真方法研究了芯数㊁工作电流及接触电阻对电连接器内部温度的影响.１㊀电连接器内部温度有限元仿真方法１．１㊀电连接器特性分析选择８芯Y ２型宇航分离脱落电连接器作为研究对象,其外形㊁尺寸和装针绝缘体插合面视图如图１所示.图１㊀８芯Y ２型圆形密封电连接器外形F i g ．１㊀S h a pe of ８Ｇc o r eY ２c i r c u l a r s e a l e d e l e c t r i c a l c o n n e c t o r在进行仿真分析之前,需要分析电连接器与热电耦合仿真相关的产品特性,了解该型电连接器各主要组成部分所用材料特性,以及接触件的额定电流㊁接触电阻和绝缘电阻等关键电气参数.８芯Y ２型圆形密封电连接器的具体参数如表１所示.１．２㊀模型建立和网格划分S o l i d W o r k s 由于其建模功能强大㊁操作界面友好,提供了强大的二次开发接口,并以插件的形式集成了各种专业的分析模块,因此而得到了广表１㊀８芯Y ２型圆形密封电连接器部分参数T a b ．１㊀P a r t i a l p a r a m e t e r o f ８Ｇc o r eY ２c i r c u l a rs e a l e d e l e c t r i c a l c o n n e c t o r产品性能部件材料特性机械特性壳体铝合金镀层氧化喷漆,非导电绝缘体热塑性塑料接触件铜合金接触件特性插配直径(mm )１１．５额定电流(A )３５接触电阻(m Ω)ɤ５ɤ３泛的应用[１０].进行有限元分析时,在不影响温度仿真模拟精度要求的前提下,对电连接器部分结构进行合理的简化:①螺纹对热分析影响较小,无法导入A N S Y S 中,可将其改成光滑曲面;②忽略外形倒角㊁凸台以及其余非关键的细节特征;③孔座㊁针座属于电连接器绝缘体部分,在建立模型时将其简化为一体.最终基于S o l i d W o r k s 构建的Y ２型８芯电连接器三维实体模型如图２所示.图２㊀８芯电连接器三维模型F i g．２㊀T h r e e Ｇd i m e n s i o n a lm o d e l o f ８Ｇc o r e e l e c t r i c a l c o n n e c t o r本文建立的三维模型主要包括影响电连接器温度变化和温度分布的部件:接触件㊁绝缘体和外壳体.网格划分时,电连接器模型中对温度变化影响最大的部分进行加强细化处理,其他区域根据具体情况进行网格大小调节,最终达到一种最理想的效果.因为接触件是通过电流直接生热的实体部分,所以设置其网格精度相关性为０,关联中心为高级(f i n e ).绝缘体的关联中心设置为中等(m e d i u m ),壳体的关联中心设置为粗糙(c o a r s e).整体网格划分效果如图３所示.１．３㊀内部温度仿真结果分析取电连接器的最高工作温度１２５ħ㊁１０５ħ㊁８５ħ和７０ħ作为本次试验的环境温度,通电电流设为８芯电连接器的额定电流３A .先设置电连接器工作温度为７０ħ,工作时间为２h ,得到的电８６８１ 中国机械工程第３０卷第１５期２０１９年８月上半月中国机械工程h tt p://ww w.cm em o.or g.cn公众号：t ra ns -c me sCopyright©博看网 . All Rights Reserved.图３㊀８芯电连接器网格划分示意图F i g ．３㊀D i a g r a mo f gr i dd i v i s i o n f o r ８Ｇc o r e e l e c t r i c a l c o n n e c t o r连接器温度仿真结果,如图４所示.由图４可以得出:①接触件是本次电连接器仿真时唯一产热的部件,通电的电连接器接触件温度最高,为７３．４４４ħ,高于环境温度约３．４４４ħ;②绝缘体上最高温度为７３．４４４ħ,最低温度为７０．０５５ħ;③壳体温度几乎不变,其最高温与最低温仅相差０．２ħ,因为壳体与绝缘体接触,而绝缘体的材料质量热容较大,导热性能差,而且壳体在电连接器工作时与外界进行热对流,所以其温度变化很小;④整体的温度变化规律是由接触件向外温度逐渐降低.最高温度出现在位于或者距离所有通电接触件几何中心最近的接触件上.孔座底部因为忽略了其散热,所以其平均温度高于上部平均温度.(a)俯视图(b )X 方向截面图图４㊀Y ２型电连接器内部温度分布F i g ．４㊀I n t e r n a l t e m pe r a t u r e d i s t r i b u t i o no fY ２e l e c t r i c a l c o n n e c t o r依次更改环境温度为８５ħ㊁１０５ħ㊁１２５ħ,由仿真结果可以看出,在不同环境温度下,电连接器的温度分布情况是相似的,温度变化规律也相同.环境温度较高的电连接器生成的最终最高温度较高,但温升值大致相同,仿真所得内部最高温度及温升如表２所示.表２㊀电连接器最高温度和温升T a b ．２㊀M a x i m u mt e m p e r a t u r e a n d t e m pe r a t u r e r i s e of e l e c t r i c a l c o n n e c t o r环境温度(ħ)最高温度(ħ)温升(ħ)７０７３．４４４３．４４４８５８８．４３４３．４３４１０５１０８．３３０３．３３０１２５１２８．５７０３．５７０２㊀电连接器内部温度测试２．１㊀环境温度监测装置设计本文使用D X ３１２C 保温箱提供电连接器工作环境温度,选用美国OM E G A 公司生产的D R １６０９型温度监测仪,同时使用热电偶传感器与温度监测仪连接实现保温箱内环境温度测试.将热电偶直接放在保温箱中的电连接器附近,误差忽略不计,可认为温度监测仪显示的温度即电连接器所处的环境温度.２．２㊀电连接器内部温度测试装置设计电连接器内部温度测试选用HO B O U X １００铂电阻温度记录仪和P T １００型铂电阻,铂电阻采样率为１０H z ,精度为ʃ０．１ħ,数据可同步上传到P C 机上.电连接器最高温升位于接触部位,温升检测值越接近最高温升越能有效地反映电连接器内部温升情况.通过开孔,将铂电阻紧贴接插件的表面实现电连接器内部温度检测.２．３㊀电连接器内部温度测试方案设计基于设计的电连接器环境温度和内部温度测试装置,进行Y ２型８芯电连接器内部温度测试.根据产品特性,设定最大试验电流为３A ,通过高温导线与接触件相接进行通电.测试中,通电２h ㊁断电０．５h ,直到温度冷却至室温.具体操作步骤如下:①将电连接器置于保温箱中,用螺丝钉和压板将电连接器固定在架子上;②将温度监测器连接的热电偶温度传感器置于保温箱中,利用导热胶将其固定在电连接器外壳上;③以电连接器内部中心为原点,取５个距离原点为等差数列的点,将铂电阻温度传感器利用导热胶分别固定在这５个点上,测试电连接器的内部温度;④设置保温箱温度,将利用铂电阻温度传感器测得的温度最高点记录下来后,在相同的试验条件下,在该点重复测试温度５次,每隔１０s 采集一次数据并保存,将最高温度偏差较大的数值剔除后,取最９６８１ 高温环境下电连接器内部温度有限元仿真分析及试验高㊀成㊀张㊀芮㊀黄姣英等中国机械工程h tt p://ww w.cm em o.or g.cn公众号：t ra ns -c me sCopyright©博看网 . All Rights Reserved.高温度平均值;⑤分别设置保温箱温度为７０ħ㊁８５ħ㊁１０５ħ㊁１２５ħ;⑥重复步骤④㊁步骤⑤.实际测试实物见图５.图５㊀电连接器内部温度试验实物图F i g ．５㊀P h y s i c a l d i a g r a mo f i n t e r n a l t e m pe r a t u r e t e s t of e l e c t r i c c o n n e c t o r２．４㊀试验数据处理分析按照上述温度测试方法进行电连接器内部温度测试试验,实时监测电连接器接触件的温度.利用线性插值法对试验数据进行系统误差校准,得到电连接器内部最高温度,重复５次上述温度测试试验,将温度测试试验结果取平均值,并与仿真结果比较,得到仿真结果与试验结果的偏差如表３所示.表３㊀仿真最高温度与试验最高温度比较T a b ．３㊀C o m p a r i s o no fm a x i m u mt e m pe r a t u r e b e t w e e n s i m u l a t i o na n d t e s t环境温度(ħ)Y ２型电连接器试验结果(ħ)仿真结果(ħ)误差(％)７０７６．０８７７３．４４４３．６８５９２．０５９８８．４３４４．１１０５１１１．９０４１０８．３３０３．８１２５１３３．７１２１２８．５７０４．０㊀㊀误差的计算是仿真结果减去试验结果的绝对值与试验结果的比值,误差产生原因可能是A N ＧS Y S 仿真环境中传热系数为经验值,与实际传热系数存在差异.由表３可知,这４次试验中,误差的平均值为３．８７５％,最大值为４．１％,最小值为３．６％,均未超过５％.由此可见利用S o l i d W o r k s软件进行建模,再使用A N S Y S 有限元软件进行热电耦合分析,可对工作状态下的电连接器进行内部温度测试仿真.３㊀电连接器内部温度有限元仿真方法应用３．１㊀芯数对电连接器内部温度的影响电连接器有多种不同的芯数,Y ２型电连接器的接触件从几件到几十上百件,不同芯数的电连接器的内部温度场也不同.本文选择常用的四种芯数电连接器(８芯㊁２４芯㊁３６芯㊁５０芯)进行芯数与内部温度相关性的研究.在环境温度为７０ħ下,对每种芯数的电连接器设定电流为３A ,设置对流环境为S t a g n a n tA i r ＧS i m pl i f i e dC a s e (空气静止简化模型),分析其温度场分布情况.图６为不同芯数电连接器的内部温度场分布云图.(a )８芯(b )２４芯(c )３６芯(d )５０芯图６㊀４种Y ２型电连接器温度分布图F i g ．６㊀T e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o nd i a g r a mo f ４t y pe s Y ２e l e c t r i c a l c o n n e c t o r s０７８１ 中国机械工程第３０卷第１５期２０１９年８月上半月中国机械工程h tt p://ww w.cm em o .o r g.cn公众号：t ra n s -c me sCopyright©博看网 . All Rights Reserved.㊀㊀８芯内部最高温度为７３．４４４ħ,２４芯内部最高温度为７７．８３５ħ,３６芯内部最高温度为８０．８４７ħ,５０芯内部最高温度为８２．９７６ħ,且４种芯数的电连接器温度分布规律相似,均是接触件中心位置温度最高,内部最高温度的位置较为集中.由此可知,随着接触件数目的增加,电连接器内部最高温度不断升高,同时温升也增大.３．２㊀电流对电连接器内部温度的影响电连接器内部接触件材料都是由金属构成,电流经过接触件时,金属本身的电阻以及接触件表面的接触电阻会产生热量,当接触件产生的热量超出正常范围时,会导致电连接器内部温度过高,进而接触件插孔发生蠕变,弹力随之降低,接触件之间的接触压力变小,从而导致接触不良,引起电连接器的故障.本节在接触电阻固定的情况下,研究工作电流对电连接器内部温度的影响.选取Y ２型８芯㊁２４芯㊁３６芯电连接器,工作电流分别为３A ㊁５A ㊁７A ㊁９A ,环境温度设置为７０ħ,不同芯数电连接器内部最高温度随电流的变化曲线见图７.图７㊀内部最高温度随电流的变化F i g ．７㊀T h e c h a n ge of I n t e r n a lm a x i m u m t e m pe r a t u r ew i t h c u r r e n t 随着电流的增大,电连接器内部最高温度逐渐升高,基本呈指数增长关系,电流由３A 增长到９A ,８芯㊁２４芯㊁３６芯电连接器内部最高温度分别由７３．４４４ħ㊁７７．８３５ħ㊁８０．８４７ħ升高到８８．１５６ħ㊁９０．９４５ħ㊁９３．１８９ħ,变化明显.为避免电连接器内部温度过高,参考G J B １２１７ ２００９A 方法１００５中规定,７０ħ暴露温度下连接器的内部最高温度应不超过８４ħ,则根据仿真结果８芯电连接器工作时的电流应不超过７A ,２４芯电连接器工作时的电流应不超过５A ,３６芯电连接器工作时的电流应不超过４A .基于此方法可以确定不同环境温度下,不同芯数的电连接器最大工作电流.３．３㊀接触电阻对电连接器内部温度的影响接触件表面接触电阻对于电连接器而言是重要的产热源,接触电阻的大小对电连接器最高内部温度有很大的影响.选取８芯㊁２４芯㊁３６芯㊁５０芯Y ２型电连接器,通过改变接触件接触电阻的大小,研究其对电连接器温度场的影响.设置接触电阻为１㊁２㊁３㊁４㊁５㊁６m Ω,接触件电流为３A ,环境温度为８５ħ,仿真得到最高温度随接触电阻变化的情况,如图８所示.图８㊀最高温度随接触电阻的变化F i g ．８㊀T h e c h a n g e o fm a x i m u mt e m pe r a t u r e w i t h c o n t a c t r e s i s t a n c e随着接触电阻的增大,电连接器内部最高温度逐渐升高,电阻与最高温度之间基本成线性关系,接触电阻由１m Ω变化至６m Ω,２４芯㊁３６芯㊁５０芯电连接器内部温度变化明显,８芯内部最高温度变化较为平缓.参考G J B １２１７ ２００９A 方法１００５中规定,８５ħ暴露温度下连接器的内部最高温度应不超过１０２ħ,则根据仿真结果,２４芯电连接器允许的最大接触电阻约为４m Ω,３６芯电连接器允许的最大接触电阻应小于３．５m Ω,５０芯电连接器允许的最大接触电阻应小于３m Ω,而８芯电连接器由于内部芯数较少,相同接触电阻条件下发热量少,故８５ħ暴露温度下允许的最大接触电阻相较于另外三种芯数电连接器最大接触电阻明显高.４㊀结论(１)建立Y ２型宇航分离脱落电连接器的三维仿真模型,利用有限元分析软件得到了电连接器在不同环境温度下的内部温度分布及温升.(２)设计电连接器内部温度测试系统,完成８芯Y ２型电连接器内部温度测试并验证了有限元分析的正确性.(３)研究芯数㊁工作电流和接触件接触电阻对电连接器内部温度变化的影响,发现电连接器内部最高温度均随这三个影响因素的增大而增大.１７８１ 高温环境下电连接器内部温度有限元仿真分析及试验高㊀成㊀张㊀芮㊀黄姣英等中国机械工程h tt p://ww w.cm em o.or g.cn公众号：t ra ns -c me sCopyright©博看网 . All Rights Reserved.参考文献:[１]㊀骆燕燕,马旋,李小宁,等．航空电连接器热循环试验与寿命预测[J ]．中国机械工程,２０１８,２９(３):３３３Ｇ３３９．L U O Y a n y a n ,MAX u a n ,L IX i a o n i n g ,e t a l ．T h e r Ｇm a lC y c l i n g Te s ta n d L if eP r e d i c a t i o no f A v i a t i o n E l e c t r i c a lC o n n e c t o r s [J ]．C h i n a M e c h a n i c a lE ng i Ｇn e e r i n g,２０１８,２９(３):３３３Ｇ３３９．[２]㊀Z HUZY ,L E E HP ,C H E O KBT．F i n i t eE l e m e n tA n a l y s i s o fT h e r m a l S h o c kT e s t s o fR FC o n n e c t o r s [J ]．J o u r n a lo f M a t e r i a l sP r o c e s s i n g Te c h ．,２００５,１６８(２):２９１Ｇ２９５．[３]㊀WA N G X i n ,X U L i a n g ju n ．F i n i t e E l e m e n t M o d e l A n a l ys i s o fT h e r m a lF a i l u r e i nC o n n e c t o r [J ]．J o u r Ｇn a l o f Z h e j i a n g U n i v e r s i t y Sc i e n c eA ,２００７,８(３):３９７Ｇ４０２．[４]㊀杜永英,孙志礼,王宇宁,等．基于热分析的电连接器的温度应力研究[J ]．机械设计与制造,２０１３(１０):４２Ｇ４４．D U Y o n g y i n g ,S U N Z h i l i ,WA N G Y u n i n g,e ta l ．S t u d y o nT e m pe r a t u r eS t r e s sf o rE l e c t r i c a l C o n n e c Ｇt o rB a s e do nt h eT h e r m a lA n a l y s i s [J ]．M a c h i n e r yD e s i g n &M a n u f a c t u r e ,２０１３(１０):４２Ｇ４４．[５]㊀李志博,朱玛,张高峰．A N S Y S 在电连接器温升分析中的应用[J ]．计算机应用与软件,２０１１,２８(５):１８９Ｇ１９２L IZ h i b o ,Z HU M a ,Z HA N G G a o f e n g ．A p p l y i n gA N S Y Si n A n a l y s i s T e m pe r a t u r e R i s eo fE l e c t r i c C o n n e c t o r [J ]．C o m p u t e r A p p l i c a t i o n s a n d S of t Ｇw a r e ,２０１１,２８(５):１８９Ｇ１９２．[６]㊀许成彬,潘骏,陈文华,等．高温电连接器有限元分析与接触件插拔试验[J ]．工程设计学报,２０１５,２２(３):２５０Ｇ２５５．X U C h e n gb i n ,P A N J u n ,C H E N W e n h u a ,e ta l ．F i n i t eE l e m e n tT h e r m a lA n a l y s i s a n dP l u g g i n g Te s t of t h e H igh T e m pe r a t u r eE l e c t r i c a lC o n n e c t o r [J ]．C h i n e s eJ o u r n a lof E ng i n e e r i n g D e s i g n ,２０１５,２２(３):２５０Ｇ２５５．[７]㊀靳哲峰．环境综合应力作用下航天点链接可靠性分析与建模[D ]．杭州:浙江大学,２００３:５Ｇ２１．J I NZ h e f e n g ．F a i l u r eA n a l y s i sa n dR e l i a b i l i t y M o d Ｇe l i n g fo rE l e c t r i c a lC o n n e c t o r su n d e r t h eA c t i o no f C o m b i n e dE n v i r o n m e n t S t r e s s [D ]．H a n g z h o u :Z h e Ｇj i a n g U n i v e r s i t y,２００３:５Ｇ２１．[８]㊀骆燕燕,王振,李晓宁,等．电连接器热循环加速试验与失效分析研究[J ]．兵工学报,２０１４,３５(１１):１９０８Ｇ１９１３．L U O Y a n y a n ,WA N G Z h e n ,L IX i a o n i n g,e ta l ．A c c e l e r a t e dT h e r m a l C y c l i n g Te s t a n dF a i l u r eA n a l Ｇys i s o fE l e c t r i c a lC o n n e c t o r s [J ]．A c t aA r m a m e n t a Ｇr i i ,２０１４,３５(１１):１９０８Ｇ１９１３．[９]㊀宋万里,张训义,孙志礼,等．不同结构尺寸的电连接器的温度与振动分析[J ]．机械设计与制造,２０１７(１):１３Ｇ１５．S O N G W a n g l i ,Z HA N G X u n y i ,S U N Z h i l i ,e t a l ．T e m p e r a t u r e a n d V i b r a t i o n A n a l ys i s o f E l e c t r i c C o n n e c t o ro n D i f f e r e n t S t r u c t u r a l D i m e n s i o n [J ]．M a c h i n e r y D e s i gn &M a n u f a c t u r e ,２０１７(１):１３Ｇ１５．[１０]㊀秦宁,章志兵,许恒建,等．基于S o l i d W o r k s 的钣金成形快速分析系统开发[J ]．中国机械工程,２０１１,２２(９):１０２６Ｇ１０３０．Q I N N i n g ,Z HA N GZ h i b i n g ,X U H e n g ji a n ,e t a l ．D e v e l o p m e n t o fF a s tA n a l ys i sS o f t w a r ef o rS h e e t M e t a lF o r m i n g B a s e d o n S o l i d W o r k s [J ]．C h i n a M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,２０１１,２２(９):１０２６Ｇ１０３０．(编辑㊀王艳丽)作者简介:高㊀成,男,１９７２年生,研究员.研究方向为电子元器件可靠性评价㊁大规模集成电路测试.张㊀芮(通信作者),女,１９９４年生,硕士研究生.研究方向为电子元器件可靠性分析.E Ｇm a i l :１５９４３１７５７２＠q q．c o m .２７８１ 中国机械工程第３０卷第１５期２０１９年８月上半月中国机械工程h tt p://ww w.cm em o.or g.cn公众号：t ra ns -c me sCopyright©博看网 . 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CDMA870～880MHz频段的结环行器设计
以是 Ｓ ＭＡ、Ｎ型或带 线 ，尺寸为 １ ｍｍ ２
研究 发现 ＫＲ的值并不是 唯一的 ，但是 在 本文 设计 中还 是采用 了 Ｋ ＝Ｉ８ 。 Ｒ ．４
铁氧体尺 寸的设计
铁氧体 基片的介质损耗和磁损耗 必
根据 Ｆ ｙ的理论 ，带线结环行 器有 ａ
路或 短路 引起 天线 系统 失配 的情况 下 ， 须很小 ，前者一般可 与微 波介质的 损耗 两个环行 条件 ：
由驻波造成的对发射机后级功率放大器 相比较 ，而后者是频 率的 函数 。当用非
＝
选 定合适 的铁氧体材料 。
厨
（ ４ ）
环行器设计
带线结环行 器的种类繁 多 ，但其 设
微带线 材料的选择 金 、银和铜是基 片上微带 线最 常用
其中
（） ５
：
计方法大 同小异。本文所 设计的环行 器 的导体材料 。一般先 在基 片上 真空淀积
今日电子 ・ ２０ ￣４ ０ ６ｇ 月
较 少 。本文就将介 绍我们在设计该 波段 斯 ，Ｇｓ ， 是各 向异性 磁场强 度 （ ） 单 纳 ，Ｙ 是铁 氧体的有效 波导纳 ・Ｇ 是
奥斯特， ｅ 。 Ｏ ） 在制作器件时 ， 当Ｙ 为纯实数时 的输入 电导 为了 的环行器时 的工作。最后实现 的环行器 位： 现在经过
… ）
应 该使得有 效偏 置磁场 为 ０ ，但是 在实 际中还要进行微 调 。
内导体的设 计 对于带线结 环行器 的非互易结如 图
ｌ 示。 所
一
＝ ２￣ （ ” １０ ／ ｒ Ｇ）
高速动车组辅助变流器箱体的热仿真设计方法
基金项 目：“ 十一五”国家科技支撑计划项 目 （ ０ ９ ． ９ １ Ｊ Ｌ ０ ２ ０ ３ ） 作者简介 ：杨
设置仿真初始条件包括材料参数和发热器件功
宁 （ １ ９ ８ ３ 一） ，男 ，山西太原人 ，工程师 ，博士研究生 。
而 又不失 真 的几 何模 型 ，需要 对 其 结 构进 行 处 理 ， 处 理 内容包 括去 除不必 要 的零 件 、改造钣 金件 的导 角 、处 理薄 板 、封 堵 多余缝 隙及过 孔等 。
１ ． ２ ． ２ 设 置仿 真初始 条件
１ 热仿 真设计方 法与流程
１ ． １ 热仿 真设 计方 法
方 法 的 可行 性 。
关键词 ：辅助变流器 ；热仿 真设计 ；发热器件 ；功率损 耗 ；温度分布 ；高速动车组
中 图 分 类 号 ：Ｕ２ ６ ６ ． ２ ：Ｕ２ ６ ４ ． ３ ７ 文 献 标 识 码 ：Ａ ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ — ４ ６ ３ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ． １ ４
第３ ４ 卷， 第３ 期 ２ ０ １ ３年 ５月
文章编号 ：１ ０ ０ １ － ４ ６ ３ ２（ ２ ０ １ ３ ）０ ３ — ０ ０ ８ ７ — ０ ６
中 国 铁 道 科 学
ＣＨ Ｉ ＮＡ ＲＡＩ ＬＷ ＡＹ Ｓ ＣＩ ＥＮＣＥ
Ｖｏ ｌ ＿ ３ ４ ＮＯ ． ３
仿真初始条件 、网格划分及稳态求解计算 ３个环 节。根 据辅助 变流器 的基本技术 参数 ，并结合模 拟及混合 信号 仿真软件 Ｓ ａ ｂ ｅ ｒ 对辅助变流器 主电路 的仿真结果 ，给 出辅助变流器 中变压器 、电抗器和绝缘栅 双极 型晶体管等 主 要发热器件 功率损耗的计算公式 。以某高速动车组 辅助变 流器 为例 ，采 用计算流 体力学软件 Ｆ ｌ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ，按 照辅 助变 流器 箱体热仿真设计流程 ，得到额定工况下辅助变 流器箱体 的温度 场和流场 分布结果 ，并制 成辅助变 流器 样机 。对 比变压器线包和铁芯及功率模块散热片样机 实测结果 与仿真结 果 ，验证 了辅 助变流器箱 体热仿 真设计
磁性材料
磁性材料摘要磁性材料，是古老而用途十分广泛的功能材料，而物质的磁性早在3000年以前就被人们所认识和应用，例如中国古代用天然磁铁作为指南针。
现代磁性材料已经广泛的用在我们的生活之中，例如将永磁材料用作马达，应用于变压器中的铁心材料，作为存储器使用的磁光盘，计算机用磁记录软盘等。
可以说，磁性材料与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关。
而通常认为，磁性材料是指由过度元素铁、钴、镍及其合金等能够直接或间接产生磁性的物质。
概述实验表明，任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化，只是磁化的程度不同。
根据物质在外磁场中表现出的特性，物质可地分为五类：顺磁性物质，抗磁性物质，铁磁性物质，亚磁性物质，反磁性物质。
根据分子电流假说，物质在磁场中应该表现出大体相似的特性，但在此告诉我们物质在外磁场中的特性差别很大．这反映了分子电流假说的局限性。
实际上，各种物质的微观结构是有差异的，这种物质结构的差异性是物质磁性差异的原因。
我们把顺磁性物质和抗磁性物质称为弱磁性物质，把铁磁性物质称为强磁性物质。
通常所说的磁性材料是指强磁性物质。
磁性材料按磁化后去磁的难易可分为软磁性材料和硬磁性材料。
磁化后容易去掉磁性的物质叫软磁性材料，不容易去碰的物质叫硬磁性材料。
一般来讲软磁性材料剩磁较小，硬磁性材料剩磁较大。
磁性材料-基本特性1、磁性材料的磁化曲线磁性材料的磁滞回线磁性材料是由铁磁性物质或亚铁磁性物质组成的，在外加磁场H 作用下，必有相应的磁化强度M 或磁感应强度B，它们随磁场强度H 的变化曲线称为磁化曲线（M～H或B～H曲线）。
磁化曲线一般来说是非线性的，具有2个特点：磁饱和现象及磁滞现象。
即当磁场强度H足够大时，磁化强度M达到一个确定的饱和值Ms，继续增大H，Ms保持不变；以及当材料的M 值达到饱和后，外磁场H降低为零时，M并不恢复为零，而是沿MsMr曲线变化。
材料的工作状态相当于M～H曲线或B～H曲线上的某一点，该点常称为工作点。
基于HFSS的带线结环行器的仿真与应用
属 内导体 组成 。还 包括 平 行于 中心导体 的两个 接地 片和 外磁 铁 。带线 结环 行 器不 仅结 构 简单 、 量轻 、 重 体积 小 ， 且 还具 有很 宽 的带 宽 ， 以做 到 一个 倍频 并 可
程带 宽 。 另外 ， 线结 环行 器还 能 承受适 当大 的功率 带 容量 。因此 ， 带线 结环 行器 得 到 了 日益 广泛 的应用 。
可 能尽 可能 的小 。同时也 要求 较 高 的饱和 磁化 材料
和 较 高 的偏 置 磁 场 。仿 真 选 用 Ｔ ａ ｓ ｅｈ公 司 的 ｒｎ — ｃ ｔ
Ｇ ｌ３ 主 要 参 数 指 标 ： 饱 和 磁 化 强 度 １ ８ —ｌ ， ７０ （ ＡＵＳ ） 线 宽 小 于 等 于 ２ ０ ／ 损 耗 角 正切 小 Ｇ Ｓ， ０ ０Ａ ｍ， 于 等 于 ００ ０ ， 里 温度 ２ ０ ， ． ２居 ０ ８ 。 剩磁 １ ７ ２ ． ｍＴ， ７ 相 对 介 电常数 １ ．。仿 真 中设 置 的金属 内导 体厚 度为 ５ ０
本 文 以频 率 范 围 为 ＧＳ 接 收 端 的 ９ ５９ ０ Ｈ Ｍ ２－ ６ Ｍ ｚ
（２ ～ ６ ｚ ， ９ ５ ９ ０ＭＨ ） 隔离 度 大 于 ２ Ｂ， ５ｄ 回波 损 耗 大 于
的双 Ｙ 型带线 结 环行器 的仿真 为例 展 开研究 。对 双
Ｙ 型 带 线 结环 行 器 的研 究始 于 ２ ０世 纪 ７ ０年 代 ， 由 于这 种 环行 器具 有频 带 宽 、 积小 等 独特 的优 点 ， 体 引。
于一 个公 共 中心 区域 ， 铁氧 体置 于 中心 结 内 。 传输 各 线或 端 口 ， 以是 波 导 的 、 线 的 、 带 线 的 和 同轴 可 带 微 的 ，然后 调节 外加 磁偏 场 ，由于铁 氧体 中的各 向异 性 ，可 以使 微 波信 号按 １ — ３ １ ｌ —２ １ —２ — 或 一３ — 环行 。 带线 环 行器 的是 应用 最普 遍 的三 端结 环行 器 ， 它 的基本 结构 由两 层铁 氧 体 圆片 和 中间 的圆盘 型金
带线三角结环行器的小型化研究
Ａｂ ｔａ ｔ ｈ ｎａｕｉａ ｏ ｆ ｔｐｉｅｉｎｔ ｎｃｒｕａ ｒｓａ ｙ ｏ ｕｊｃ ｆ ｅｅｒｈｉ ｔｅａｅ ｆ ｓｒ ｃ：Ｔ ｅｍｉｉ ｒ ｔ ｎｏ ｒ ｌ ｃｉ ｉ ｌｏ ｌ ｓ ｈ ｔ ｂｅｔ ｓａｃ ａｏ ｔ ｚｉ ｓｉ ｎ ｕ ｏ ｃ ｔ ｉ ｗａ ａ ｓ ｏｒ ｎｈ ｒ
ＸＩ — ｎ ， Ｉ Ｊａ — ｕ Ｅ Ｙｕ ｍｉ ｇ ＪＡ ｎ ｈ ａ ｉ
Ｃ ｌｇ Ｅｅｔ ｎｃ ｎ Ｉｆｒ ａｉｎ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｔｎ ｎｖｒｉ， ｈｎ ｈ ｉ ０８４ Ｃ ｉａ ｏ ｅｅｆ ｌｃ ｏ ｉａ ｄ ｎｏｍ ｔ ｇｎｅｉ ，ｏａｌ ｉｅｓｔ Ｓａｇ ａ １０， ｈｎ ｏ ｒ ｏＥ ｎ Ｕ ｙ ２
ｒ ｑ ｉ ｍｅ ｔ ｆ Ｍ ａ ｅ ｓ ｔ ｎ ｅ ｕｒ ｅ ｎ ｏ ＧＳ ｂ ｓ ．ｔ ｉ ． ａ ｏ
Ｋｅ ｒ ｓ ｊｎｔ ｎ ｉ ｕａ ｒ ｔａ ｇ ｌ ｓｎ ｔｒ ｍｉｉｕｉａ ｏ ； ｆ ｉ ｌ ｎ ｔｏ （Ｅ ｙｗｏ ｄ ：ｕ ｃｉ ｒ ｌｔ ； ｒ ｎ ａ ｒ ｏ ａｏ； ｎａ ｒ ｔ ｎ ｉ ｔｅｅ ｔ ｈ ｄＦ Ｍ） ｏ ｃｃ ｏ ｉ ｕ ｒｅ ｔ ｚｉ ｎ ｅ ｍｅ ｍｅ
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工艺·技术·应用高功率带线结环行器仿真和温度补偿设计徐昌文1，陈 刚2，金 明2，王 奇1，李 勇3，唐思源3（1. 中国电子科技集团公司第五十五研究所，江苏南京210016；2. 安徽博微长安电子有限公司，安徽六安 237000；3. 中电科技德清华莹电子有限公司，浙江德清313200）摘 要：介绍了L波段高功率带线环行器（隔离器）的仿真与温度补偿设计方法，利用HFSS软件优化设计了一款高功率带线结型环行器，实现器件主要技术指标：工作频段L波段，正向损耗α+≤0.4dB，平均承受功率≥500W, 反射功率≥300W，峰值功率5000W。
并对仿真与实测结果进行了比较，验证了设计方法的可靠性。
关键词：环行器；仿真；温度补偿中图分类号：TN621 文献标识码：A 文章编号：1001-3830(2017)01-0053-03Simulation and temperature compensation designon high power stripline junction circulatorXU Chang-wen1, CHEN Gang2, JIN Ming2, WANG Qi1, LI Yong3, TANG Si-yuan31. 55th Institute, China Electronics Technology Corporation, Nanjing 210016, China;2. Anhui Bowei Changan Electronics Co, Ltd, Lu’an 237000, China;3. CETC Deqing Huaying Electronics Co, Ltd, Deqing 313200, ChinaAbstract: This article introduces the simulation design of L-band high power stripline junction circulator (isolator) and temperature compensation. Using HFSS for optimization, a circulator was developed and features work frequency of L-band, α+≤0.4dB，mean power handling ≥500W, reflection power≥300W and peak power≤5000W. Comparison of simulation to test results verifies the design method.Key words: circulator; simulation; temperature compensation1 引言随着雷达通信技术的发展，在大功率条件下，对微波铁氧体环行器/隔离器的性能提出了更高的要求，在要求承受更高通过功率和拓宽频带宽度（将高低两个频段器件合并成一个频段器件）的同时，要求隔离器（一端加了大功率负载的环行器）的负载承受更大的反射功率。
为此，在仿真设计时，必须对射频接口进行合理配置。
本文着重在降低器件插入损耗（损耗小发热就少）、增大散热面积、增加负载功率容量等方面进行分析与探索，确保器件工作稳定可靠。
为了尽可收稿日期：2016-03-14修回日期：2016-08-24通讯作者：徐昌文E-mail: 2010588189@ 能地满足低损耗、高功率的技术要求，本设计选择高场区工作微波铁氧体隔离器，选用易于进行温度补偿的的高饱和磁化强度铁氧体材料，同时采用准集中参数方法对内导体进行仿真设计，优选提高耐受功率的设计方案。
2 原理与结构铁氧体隔离器的工作原理如图1所示，功放信号从隔离器端口1输入，经过隔离器端口2输出到天线，传输损耗较小。
反射信号从端口2输入，被端口3的负载电阻吸收。
因此对于隔离器，微波信号只能单方向传输，使发射机系统内或功放组件内部放大器间实现去耦作用，达到级间隔离的目的。
而环行器为三端口设置，端口3与信号接收机相连，可以用作收发开关，切换天线的工作状态，使收发共用一天线。
铁氧体隔离器的剖面结构如图2所示，主体结构由中心内导体、旋磁铁氧体基片、永磁体和负载电阻构成。
其中，永磁体提供稳定的偏置磁场，而旋磁铁氧体在偏磁场作用下，利用磁导率的张量特性实现信号传输的非互易性[4]。
图1 隔离器工作原理图2 隔离器剖面结构3 仿真设计3.1 旋磁铁氧体为了减小体积，工作在2GHz 以下频段的功率带线环行器一般都选择在高场区工作，设工作频率为f , 则圆片铁氧体的半径R 式中，K 为常数，通常取1.5～1.8；ε=14, 为铁氧体圆片的相对介电常数；λ0 =c/f 是器件的工作波长，c 为电磁波在真空中的传播速度；μ为磁导率。
()()211ρσμσρσ+-=+- (2)式中ρ为铁氧体的归一化饱和磁化强度，σ为归一化磁场[1]。
s /M f ργ=⋅ (3) i /H σγω=⋅ (4) 式中ω为角频率, γ为旋磁比, H i 为内磁场, M s 为饱和磁化强度。
为降低器件的损耗，通常情况1.5< σ <2, 选用M s =(1600～1800)/4π (kA/m)，由（1）式算得， 圆片直径22mm ，厚度2mm 。
3.2 内导体在功率器件中，内导体一般取圆盘形状，这种形状对提高功率容量有一定的好处，但频带不够宽，对缩小器件体积不利。
我们选择一种新颖的准集中参数方案, 其结构如图3所示。
图3 单结内导体射频电路在器件设计中，应用HFSS 和Maxwell 两种仿真软件相结合的方法对器件性能进行仿真。
HFSS 软件运用有限元法可以快捷仿真出器件的S 参数，从而给出内导体尺寸。
Maxwell 软件运用静磁场仿真，由于考虑到电磁场的非均匀性，器件的实测性能和仿真性能接近一致，大大提高了模拟的实用性。
对于功率器件，内导体的厚度对功率容量具有显著影响，我们在仿真时曾分别用0.8mm 、0.6mm 、0.5mm 厚度进行设计，由于0.8mm 和0.6mm 电气性能达不到设计要求，不得不放弃。
对0.4mm 和0.3mm ，虽然电气参数令人满意，由于耐击穿功率不够，也只能予以舍弃。
在实际的研制过程中，我们选取厚度为0.5mm 的内导体（图3）, 单结电性能仿真结果如图4所示。
图4 厚度为0.5mm 的内导体电特性仿真结果通过三维电磁场仿真软件构建在大功率激励下环行器的内部电磁场分布模型，评估环行器耐功率情况，结果如图5所示。
在高功率带线隔离器/环行器中，较高的峰值功率使得器件在工作状态时容易出现打火现象，根据仿真，高场强在50Ω端口，我们适当加大端口导体尺寸，进行倒棱，表面抛光处理剔除毛刺及尖角，并通过在中心导体和接地板之间填充橡胶，以及在铁氧体圆片周围填充聚四氟乙烯硅介质圆片提高耐压等多个途径来抑制打火现象[5]。
（a ）电场（b ）磁场图5 功率状态下环行器内部的场分布3.3 温度补偿作为隔离器/环行器核心的旋磁铁氧体材料参数饱和磁化强度具有负的温度系数[2]，所以工作在高场区的带线隔离器/环行器常用与旋磁铁氧体材料相类似的有负温度系数的锶钙铁氧体磁体提供工作场，但由于其磁性能较低，器件体积相对较大。
在器件高度受限的情况下，采用磁性能更高的钐钴磁体，而钐钴磁体的磁化强度温度系数与旋磁铁氧体的不一致，于是须进行温度补偿设计，所谓补偿就是使有效导磁率μ在不同温度下保持不变[3]。
在高场区工作条件下，为了计算方便，有效磁导率采用:1ρμσ=+(5) 近似计算[1]。
令Δμ/ΔT =0, ΔT 为温度变化差。
由于旋磁铁氧体圆片比较薄，ΔH i , ΔH 0别为内外磁场的变化量，则有i 0s H H M ∆=∆-∆（6）于是（a ）室温插入损耗(曲线#1) （b ）室温隔离度(曲线#2)（c ）低温－40℃插损（#1），驻波（#3，#4），隔离度（#2）（d ）高温+90℃插损（#1），驻波（#3，#4），隔离度（#2）图6环行器的电特性（下转65页）[18] Nysveen A, Hernes M. Minimum loss design of a 100kHz inductor with foil windings[A]. Proceeding of European Conference on Power Electronics and Applications [C]. Briton:IET, 1993, 3:106-111.[19] Rahimi-Kian A, Keyhani A, Powell J M. Minimum lossdesign of a 100 kHz inductor with litz wire [A]. Record of Industry Applications Conference[C]. New Orlean: IEEE, 1997, 2:1414-1420.[20] Sullivan C R, Bouayad H, Song Y . Inductor design forlow loss with dual foil windings and quasi-distributed gap [A]. Proceeding of Energy Conversion Congress and Exposition [C]. Denver: IEEE, 2013, 3693 - 3699.[21] Hu J, Sullivan C R. AC resistance of planar powerinductors and the quasi-distributed gap technique [J]. IEEE Trans Power Electron, 2001, 16(4):558-567.[22] Chen W, He J, Luo H, et al. Winding loss analysis andnew air-gap arrangement for high-frequency inductors [A]. Power Electronics Specialists Conference [C]. Vancouver:IEEE, 2001, 4:2084-2089.[23] 陈为, 毛行奎, 罗恒廉, 等. 高频电感器线圈损耗分析与交错气隙布置[J]. 电工技术学报, 2003, 18(6):72-76. [24] 房岩, 周洁敏, 周曼曼, 等. 高频电感气隙布置与绕组损耗的分析[J]. 电气自动化, 2013, 35(5):61-63.[25] Wallmeier P, Grotstollen H. Magnetic shielding appliedto high-frequency inductors [A]. Record of Industry Applications Conference [C]. New Orlean: IEEE, 1997, 2:1131-1138.[26] Mao X, Wei C. Winding loss mechanism analysis anddesign for new structure high-frequency gapped inductor [J]. IEEE Trans Magn, 2005, 41(10):4036-4038.[27] Fletcher J, Williams B, Mahmoud M. Airgap fringingflux reduction in inductors using open-circuit copper screens [J]. IEE Proc. Elec Power Appl, 2005, 152(4): 990-996.[28] Mühlethaler J, Kolar J W, Ecklebe A. A novel approachfor 3D air gap reluctance calculations [A]. Proceeding of Asia International Conference of Power Electronics [C]. Jeju: IEEE, 2011,[29] 朱占山, 于生宝, 陈旭, 等. 气隙对电感磁芯内部磁场分布及电感的影响[J]. 磁性材料及器件, 2016，47(1):57-60.[30] 周洁敏, 赵修科, 陶思钰. 开关电源磁性元件理论及设计[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2014.作者简介：谭文华（1984－），男，江苏南京人，博士，工程师，主要从事开关电源及磁性器件研究。