CN101261897A - 轴向电容器 - Google Patents

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Abstract

一种轴向电容器，其具有一对内部导体段，每个内部导体段都有匹配表面。电介质分隔片位于匹配表面之间，每个匹配表面都有相对应的折纹形成在上面。

Description

轴向电容器
技术领域
本发明主要涉及轴向电容器，更具体地，本发明涉及紧凑的同轴轴向电容器组件。
背景技术
电缆，例如将天线塔与收发器装置互连的同轴传输电缆，装备有电涌抑制装置，从而为由例如静电放电和/或闪电冲击产生的电流浪涌的转移提供接地电通路。
同轴电涌抑制器组件典型的包括频率选择短路元件，如同轴电缆内部导体和外部导体之间的感应线圈或短截线。为了防止较低频率和/或直流被传送到下行线路设备，插入了同轴电容器形式的物理中断。容性耦合于电容器的高频率被设置成只有系统需要的工作频率才能通过。
现有的同轴电容器组件使用传统电子元件的封装，例如陶瓷片或表面贴装式(SMD)陶瓷芯片，通过焊接或粘接的方式安装在屏蔽外壳的空腔中。这样形成的组件只有有限的功率等级，易碎，制作昂贵，并且对相关的同轴电缆引入了巨大的阻抗突变。特别地，粘接的表面贴装式(SMD)电容器依赖保持其位置在中心导体上，会因为由通过设备的射频(RF)功率产生的高工作温度而变软并且移动。任何位置上的移动都会对所设计的电容产生永久的不利影响。
另一个现有的轴向电容器解决方案是通过将在两个匹配平面或圆柱插脚之间插入电介质分隔片到内部导体的插孔匹配端，从而形成一个具有所需轴向值的电容器。通过这种解决方案得到的电容量由分隔片材料的电介值、间隔距离和匹配表面的表面面积来决定。由此得到的模块在功率处理能力、阻抗突变和尺寸之间作出折中。此外，这些解决方案需要巨大支撑结构去保持内部导体匹配表面的对齐。
随着单个同轴电缆同一时刻传送的的其他的频带数量的增多，例如为单元(cellular)声音和数据通讯应用，引起了对轴向电容器作为同轴电涌保护器和/或直流偏置组件的基本元件，紧凑、便宜、高功率容量的要求。
电缆、连接件和相关附件产业间的竞争已经集中在由新材料和制造效率，简化的安装需要和简易化/分离部件总体数量的减少所导致的性能的改进和成本的降低。
发明内容
因此，本发明的目的就是提供一种可以克服现有技术中不足的器件。
为了实现本发明的目的，提供了一种轴向电容器，包括：一对内部导体段，每个内部导体段都具有匹配表面；和位于匹配表面之间的电介质分隔片；每个匹配表面在其上都形成有相对应的折纹。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造轴向电容器的方法，包括如下步骤：形成一对内部导体段，每一个内部导体段都具有匹配表面；和在匹配表面之间定位电介质分隔片；每个匹配表面都有形成在上面的相对应的折纹。
根据本发明的再一方面，提供了一种轴向电容器，包括：一对内部导体段，每个内部导体段都具有匹配表面；和位于匹配表面之间的陶瓷电介质分隔片；每个匹配表面都有形成在上面的相对应的折纹；内部导体段和电介质分隔片被外壳同轴包围，外壳在第一末端和第二末端上具有同轴连接接口。
附图说明
并入并且组成说明书一部分的附图，阐明了本发明的实施方式，并且与上面给出的本发明总体描述，以及下面给出的实施方式详细描述一起，用于解释本发明的原理。
图1a是本发明具体实施例的局部横截面等大视图，示出了具有相等深度的同心圆形折纹的匹配端子；
图1b是图1a的另一个局部横截面等大视图，其中一部分的内部导体、电介质分隔片和绝缘体具有一个90度的剖开；
图1c是图1a中的内部导体匹配端子和电介质分隔片的分解等大视图；
图2a是本发明具体实施例的局部横截面等大视图，其中一部分的内部导体、电介质分隔片和绝缘体具有一个90度的剖开，示范了具有同心圆形折纹的匹配端子；
图2b是图2a中的内部导体匹配端子和电介质分隔片的分解等大视图；
图3a是本发明具体实施例的局部横截面等大视图，其中一部分的内部导体、电介质分隔片和绝缘体具有一个90度的剖开，示范了具有同心多边形折纹的匹配端子；
图3b是图3a中的内部导体匹配端子和电介质分隔片的分解等大视图；
图4a是本发明具体实施例的局部横截面等大视图，其中一部分的内部导体、电介质分隔片和绝缘体具有一个90度的剖开，示出了具有辐射状折纹和锥形侧面的匹配端子；
图4b是图4a中的内部导体匹配端子和电介质分隔片的分解等大视图；
图5a是本发明具体实施例的局部横截面等大视图，其中一部分的内部导体、电介质分隔片和绝缘体具有一个90度的剖开，示出了具有呈分级轮廓同心圆形折纹和锥形侧面的匹配端子；
图5b是图5a中的内部导体匹配端子和电介质分隔片的分解等大视图；
图6a是本发明具体实施例的局部横截面等大视图，其中一部分的内部导体、电介质分隔片和绝缘体具有一个90度的剖开，示范了具有不相等深度的同心圆形折纹的匹配端子；
图6b是图6a中的内部导体匹配端子和电介质分隔片的分解等大视图。
具体实施方式
图1a-6b给出了轴向电容器组件的具体实施例，为了说明，轴向电容器组件被表示成为用于通过外壳5，3的第一和第二末端处的标准化插头和插座连接接口1同轴连接的电涌抑制器。本领域技术人员可以得知轴向电容器组件为了很多不同的目的通过附加和或替换元件可以被很容易的改变设置，例如直流模块，直流偏置，带通和或干扰滤波或诸如此类的任何需要的标准化或专业的连接接口，包括同轴电缆直连接口。
内部导体设置成被电介质分隔片11分开的具有匹配末端9的两个内部导体段7。发明人已经认识到轴向电容器的容值和功率处理能力的提高可以通过增加匹配末端9的表面面积来实现。表面面积可以通过使匹配表面15形成有折纹13来增加，同时所得到的组件的所需的总长度和或直径的相应增加得以减少。
匹配表面15的折纹13可以形成为凸起，波纹，阶梯或脊。如图1a-c所示的例子，波纹形式的折纹13可以是同心圆形的，波纹有共同深度的最高点和最低点，这样电介质分隔片11的前部17和后部19的波纹最高点排列在互相平行的大致平面表面上。匹配表面15也可以是与内部导体段7的纵向轴同轴和/或垂直的形式。
匹配表面15的直径，折纹13的数量和每个折纹13的深度可以各自调整以达到需要的表面面积。例如，虽然在图1a-c显示很多同心圆形波纹，图2a-b显示了一个同心波纹和有波纹深度的外围凸出部分。与现有的平面轴向电容器相比，匹配表面15的折纹13可以得到相等的表面面积的情况下使匹配表面15减小外径，从而使周围的外侧导体和/或外壳21的直径更小，例如与互连的同轴电缆的直径一样或接近，使得引入组件的阻抗突变最小化。此外，匹配表面15的外围和进而的电介质分隔片11可以作成圆形以相对圆形内部导体减少阻抗突变的产生。
匹配表面15的折纹13也提供了在平面匹配表面上的巨大改进，因为匹配表面15的折纹13提供了内部导体匹配表面之间横向运动的互锁，减少了在内部导体和封闭的外部导体或外壳21之间所需的诸如绝缘体23这种支撑结构的尺寸。
旋转互锁功能也可以被包括进折纹13中，这是通过将一个或多个折纹13形成为旋转键(rotational key)，例如可以是多边形或是象图3a-b所示的那样。虽然显示的是六边形，但任意多边都是可以用的。图4a-b显示了另一种旋转互锁形式，折纹13是辐射状的。本领域技术人员可以得知旋转互锁可以采取凸出、脊、折纹或其它表面特征的形式，以防止匹配表面15间的旋转。
图4a-b也显示了大体是锥形截面的匹配表面15。图5a-b显示了另一种形式的大体是锥形截面的匹配表面15，其中同心折纹是阶梯形式而不是如图1a-3b所示的平面表面形式。大体锥形匹配表面增加了匹配表面15间的横向运动互锁。
图6a-b显示了匹配表面的另一个实施例。这里匹配表面15有变化深度的同心折纹13。本领域技术人员可以得出折纹13可以形成提供一系列不同的表面面积和互锁特性的形式。虽然同心折纹的匹配表面15的结构可以很简单的通过传统金属加工和或切削设备来制造，但是也可以采用其它非同心和非辐射状的匹配表面折纹结构，例如凸起、栅格或蜂窝状。对于这些结构，诸如金属注模成型和或触变金属成型这些不同于传统单轴金属切削加工方法可以被有效的使用。
现有的柱状和或平行板匹配表面轴向电容器通常采用塑胶或聚合物，例如聚酯薄膜或聚四氟乙烯(PTFE)，作为电介质分隔片11的材料。虽然为了使成本最小化可以用这些材料制造依照本发明的轴向电容器，但是发明人认识到如果电介质分隔片11使用陶瓷电介质材料制造，可能会获得功率容量的巨大提升。陶瓷电介质的温度特性可以改善功率操作，容许更高的最高工作温度。陶瓷电介质分隔片11的另一个优点是陶瓷材料是抗压和/或抗热变形的。因此，匹配表面间所需的间隔，电介质分隔片11所选择的厚度，可能保持在一个更高的精度水平上。加之陶瓷材料在给定的厚度上有较高的击穿电压，因而降低了电容器电弧击穿故障的可能性。
根据本发明的陶瓷电介质分隔片11可以通过模制和/或切削加工电介质分隔片形成，以与所选择的匹配表面匹配。
如图1a-6b所示，轴向电容器组件的普遍应用是通过附加电涌元件27作为电涌抑制器使用，电涌元件27在这里显示为电感器，或是具有与所需操作频率相关的具体长度的电感器，众所周知的1/4波长的短接线，电涌元件27耦合在一个内部导体段7和外部导体或是外壳21之间，即外围侧壁或是其它接地部件。电感器被显示为具有多个线圈，使得可以应用具有足够的长度和/或感应特性的电感器，但是并不需要相应封闭外壳21总的直径的增大而过大。选择性的，电涌元件27可以采用诸如线性段、平面或螺旋、螺旋变形或环形这些众所周知的结构中任意的形式。另一个选择性的电涌元件27包括可变电阻器和/或气体放电管。电感器的设计考虑和制造方法是本领域众所周知的，因而在这里不作进一步的介绍。
轴向电容器组件的封闭外壳21被示为具有永久性陷型连接31的两个匹配部分29。作为选择的，外壳21的匹配部分29可以形成有交替的匹配装置，如匹配部分29的互补螺纹或是另外形成为一个完整的圆柱形外围导体单元。
轴肩33可以在每个匹配部分29的内部直径上形成，来布置绝缘体23以使得保持内部导体段7和外壳21同轴。轴肩33也可以用作在最初定位每个内部导体段7的匹配表面15在恰当的间隔，以得到当匹配部分29配合一起时，所需要的匹配表面15的间隔，在电介质分隔片11每个侧面上匹配表面15的安全配合。
本领域技术人员可以得知根据本发明的轴向电容器代表的对现有技术的巨大改进，这些改进潜在的包括功率操作容量的增加，电容值的提高，横向的和或旋转的内部导体互锁，阻抗突变的减少，总的需要组装材料的减少，装置总体质量的减轻和装置总体尺寸的减小。
各部分的表格
  1   连接接口
  3   第二末端
  5   第一末端
  7   内部导体段
  9   匹配末端
  11   电介质分隔片
  13   折纹
  15   匹配表面
  17   前部
  19   后部
  21   外壳
  23   绝缘体
  27   电涌元件
  29   匹配部分
  31   陷型互连
  33   轴肩
在前面的描述中已经涉及了比例、整体、组成部分或模块，众所周知，这些还有等效物，因而在这里将这些个别提及的等效物一并考虑。
本发明已经通过对具体的实施方式的描述进行了示例性的描述，同时具体实施方式已经被相当详细的描述了，申请人的目的并不是限定或是以任何方式限制附加的权利要求的保护范围到这样详细的地步。别的优点和变形方式对本领域技术人员来说是显而易见的。因此，在较宽的方面本发明并不限定在特定的细节，典型的装置、方法和已经示出和描述的说明性的实施例。因而，只要不违背申请人总体发明构思的对这些细节的修改都是可以的。进而，不违背由下述权利要求所定义的本发明构思的可能改进和/或改变都是可以接受的。

Claims (23)

1. 一种轴向电容器，包括：
一对内部导体段，每个内部导体段都具有匹配表面；和
位于匹配表面之间的电介质分隔片；
每个匹配表面在其上都形成有相对应的折纹。
2. 如权利要求1的轴向电容器，其中匹配表面与内部导体段同轴。
3. 如权利要求1的轴向电容器，其中所述折纹在匹配表面间形成横向互锁。
4. 如权利要求3的轴向电容器，其中所述折纹是同心圆。
5. 如权利要求1的轴向电容器，其中所述折纹在匹配表面间形成旋转互锁。
6. 如权利要求5的轴向电容器，其中所述折纹是辐射状的。
7. 如权利要求5的轴向电容器，其中所述折纹是同心的多边形。
8. 如权利要求1的轴向电容器，其中所述电介质分隔片是陶瓷材料的。
9. 如权利要求1的轴向电容器，其中所述电介质分隔片具有与每个匹配表面相对应的折纹，匹配表面之间的间隔大体上等于电介质分隔片的厚度。
10. 如权利要求1的轴向电容器，其中所述折纹绕匹配表面的中心同心。
11. 如权利要求1的轴向电容器，其中所述电介质分隔片具有相等的深度对应的折纹，电介质分隔片的前部和后部每一个都与一对大体是平面的表面对准，其中，一个大体上是平面的表面通过折纹的最高点，另一个大体上是平面的表面通过折纹的最低点，所述大体上是平面的表面互相平行。
12. 如权利要求11的轴向电容器，其中电介质分隔片具有相对应的折纹，由此电介质分隔片具有大体上是圆锥形的截面。
13. 如权利要求11的轴向电容器，其中内部导体段每一个都由绝缘体支撑，绝缘体与在外壳上的圆柱形孔同轴。
14. 如权利要求11的轴向电容器，还包括耦合在一个内部导体段和外壳之间的导体。
15. 如权利要求9的轴向电容器，还包括位于外壳的第一和第二端每一个上的同轴连接接口。
16. 一种制造轴向电容器的方法，包括如下步骤：
形成一对内部导体段，每一个内部导体段都具有匹配表面；和
在匹配表面之间定位电介质分隔片；
每个匹配表面都有形成在上面的相对应的折纹。
17. 如权利要求16的方法，还包括由陶瓷材料形成电介质分隔片的步骤。
18. 如权利要求16的方法，还包括形成圆柱形外壳以及在外壳中插入一对内部导体段和电介质分隔片的步骤。
19. 如权利要求16的方法，还包括在一个内部导体段和外壳之间耦合电涌元件的步骤。
20. 如权利要求16的方法，其中外壳具有两个部分，这两个部分通过将一部分的末端型锻到另一个上而结合在一起。
21. 一种轴向电容器，包括：
一对内部导体段，每个内部导体段都具有匹配表面；和
位于匹配表面之间的陶瓷电介质分隔片；
每个匹配表面都有形成在上面的相对应的折纹；
内部导体段和电介质分隔片被外壳同轴包围，外壳在第一末端和第二末端上具有同轴连接接口。
22. 如权利要求21的轴向电容器，还包括耦合在一个内部导体段和外壳之间的电涌元件。
23. 如权利要求21的轴向电容器，其中折纹在匹配表面间形成横向互锁。
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