CN101901983B - 大功率连接器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及大功率连接器。具体地，本发明涉及一种同轴连接器，包括：主体；以及装配在所述主体中的中心接触件，绝缘件置于所述主体和所述中心接触件之间；其中，所述绝缘件包括至少两个不同部分：a)所述至少两个不同部分被至少一部分相对于所述连接器的轴线倾斜地延伸的界面分隔；和/或b)所述至少两个不同部分由不同的介电材料制成；所述连接器被构造用于在高处特别是在真空条件下抵挡击穿现象。
Description
技术领域
本发明涉及一种同轴连接器。
本发明更具体而言涉及一种应用于航天领域中的同轴连接器，这里，这样的连接器有益地能够在高处(更具体而言在真空条件下)耐受大功率。术语“在高处”应理解为指大于30000英尺的海拔。在本发明的内容中，真空条件是至少基本真空即105帕斯卡(Pa)的条件向下直至太空真空即1.33×10-8Pa的条件。术语“大功率”指在1或2千兆赫(GHz)频率下约400瓦(W)的功率、在7GHz频率下300W的功率、以及在18GHz频率下几百瓦的功率。连接器承受的功率可例如大于100W。
背景技术
信号的频率越高，需要耗散的热量越大。为了减少热量的产生，已知的是增大中心接触件的直径。然而，中心接触件的直径增大导致连接器的直径增大，这会导致体积方面的问题并且会降低连接器的截止频率。
申请EP 1427069公开了使用金属链将同轴连接器的主体连接到金属部分，该金属链使得热量能够从主体传递到金属部分。这样的方案没有改善从中心接触件向同轴连接器的主体的热传递。
例如从US专利No.7128604中还已知的是为同轴连接器的主体设置散热片，使得热量能够耗散到空气中。这样的方案对于真空条件下的应用不尽如人意。并且，它并没改善从中心接触件向同轴连接器的主体的热传递。
此外，在这样的真空条件下，存在连接器遭受次级电子倍增效应(multipactoreffect)影响的不可忽视的风险，该次级电子倍增效应对应于微波或射频元件中发生的放电现象。
例如从US专利No.4698028中已知的是使用由两部分构成的绝缘件，这两部分在它们之间限定垂直于或平行于同轴连接器的轴线延伸的界面。
申请DE 2451853公开了一种同轴连接器，其包括由置于连接器的中心接触件和地接触件之间的由两部分构成的绝缘件。该绝缘件的两个部分由局部圆锥形的界面分开，从而使得中心接触件能够以令人满意的方式居中。特别地，由于使用聚乙烯和聚四氟乙烯(PTFE)来制造绝缘件的两个部分，所以这样的连接器不适于在高处(更具体而言在真空条件下)耗散高功率。
需要从适于在真空条件下使用的连接器中受益，该连接器能够耗散热量以耐受高功率，同时避免任何击穿现象，特别是由次级电子倍增效应引起的击穿现象。
发明内容
本发明的目的是满足这个需求，本发明的示例性实施例通过一种同轴连接器实现这个目的，该同轴连接器包括：
·主体；以及
·装配在该主体中的中心接触件，绝缘件置于主体和中心接触件之间；
其中，绝缘件包括至少两个不同部分：
a)所述至少两个不同部分被至少一部分与连接器内的电场线不共线的(特别是相对于连接器的轴线倾斜地延伸的)界面分隔；和/或
b)所述至少两个不同部分由不同的介电材料制成。
该连接器有益地被构造用于在高处和/或在真空条件下耐受频率在1GHz至18GHz范围内(特别是在2GHz至18GHz范围内)的几百瓦(例如100W)的功率。
该连接器有益地能够抵挡击穿现象。
击穿现象对应于金属在非常低的压力下由于在大功率水平下出现的非常强的电磁场而受到的电子雪崩，这样的电子雪崩导致会毁坏元件的放电。
当连接器能抵挡击穿现象时，在该连接器处于交变电场中时在该连接器的空区上不发生电子雪崩。
本发明使得热量能够从中心接触件经由绝缘件向同轴连接器的主体耗散。
绝缘件的两个不同部分有益地被至少一部分相对于连接器的轴线倾斜地延伸的界面分隔。与现有技术中绝缘件的两部分之间的界面具有阶梯形状的同轴连接器不同，这样的与同轴连接器内径向延伸的电场线不共线的部分使得可避免在真空下产生电子雪崩，并且还使得可避免在绝缘件的两个不同部分之间的界面处积聚电荷。
同轴连接器的主体可制成为单个部分，或者可制成为多个不同部分。绝缘件的至少两个不同部分有益地由不同的介电材料制成。
绝缘件的一部分的介电材料的导热系数值有益地不同于该绝缘件的另一部分的介电材料的导热系数值。
绝缘件的至少一部分有益地由导热系数值大于1瓦每米开(W/m·K)的介电材料制成。
使用多种介电材料制造绝缘件使得能够改善同轴连接器中的热耗散，同时优化连接器的尺寸，并且同时保持在微波频率下令人满意的性能。
绝缘件有益地包括沿着同轴连接器轴线的前部、后部、以及在绝缘件的前部和后部之间的中部。
绝缘件的前部和中部之间的界面的至少一部分有益地相对于同轴连接器的轴线倾斜地延伸，并且绝缘件的中部和后部之间的界面的至少一部分有益地相对于同轴连接器的轴线倾斜地延伸。
绝缘件的前部和中部之间的界面的所述一部分与绝缘件的中部和后部之间的界面的所述一部分可以任选为平行的。这些部分可以指向在背离中心接触件而朝向连接器的主体时彼此进一步分离的方向。在一变型中，绝缘件的前部和中部之间的界面的所述一部分与绝缘件的中部和后部之间的界面的所述一部分指向在背离中心接触件而朝向连接器的主体时朝彼此延伸的方向。
在一变型中，绝缘件的前部和中部之间的界面包括相对于同轴连接器的轴线倾斜地延伸的至少一部分，而绝缘件的中部和后部之间的界面不具有这样的倾斜延伸部分，或者反之亦然。
绝缘件的前部、中部和后部有益地由不同介电材料制成。
绝缘件的中部的介电材料的导热系数值有益地不同于前部的介电材料的导热系数值，并且不同于后部的介电材料的导热系数值。举例而言，中部的介电材料的导热系数值大于前部的介电材料的导热系数值且小于后部的介电材料的导热系数值，从而进一步提高同轴连接器中的热量耗散。因此，绝缘件的中部和后部都可由导热系数大于1W/m·K的介电材料制成。在一变型中，仅绝缘件的后部具有这样的导热系数值。在一变型中，仅绝缘件的中部具有这样的导热系数值。
有益地，中部和后部的材料的线性热膨胀系数小于通常使用的标准电介质(例如PTFE)的线性热膨胀系数。
举例而言，绝缘件的前部可由标准介电材料制成，使得同轴连接器能够保留用于与互补的连接器耦接的标准界面。
例如对于包括两个或三个不同部分的绝缘件而言，绝缘件的一部分(特别是绝缘件的后部)有益地被构造用于在装配连接器的同轴线缆上施加保持作用，特别是在所述同轴线缆的绝缘体上施加保持作用，从而使得例如能可靠地避免在同轴连接器的绝缘件和同轴线缆的绝缘体之间的间隙(特别是在线缆的绝缘体在热膨胀的作用下可能收缩时)，因而进一步降低了任何由于次级电子倍增效应导致的击穿风险。
例如当绝缘件包括两个或三个不同部分时，被构造用于在线缆上施加保持作用的绝缘件的所述部分(特别是绝缘件的后部)的介电材料的线性热膨胀系数有益地小于线缆的电介质的线性热膨胀系数。举例而言，施加保持作用的所述部分的线性热膨胀系数也可小于绝缘件的至少一个其它部分(例如，当绝缘件包括三个不同部分时的前部和中部)的线性热膨胀系数。连接器的绝缘件中施加保持作用的所述部分有益地适于装配有该连接器的同轴线缆。例如，当线缆的电介质由PTFE(Teflon)制成时，绝缘件的施加保持作用的所述部分的线性热膨胀系数可小于135米每米每开(m/m/K)。因而，举例而言，线缆的电介质部分和绝缘件的其它部分具有大于或等于135m/m/K的线性热膨胀系数值。特别是当绝缘件包括两个或三个不同部分时，绝缘件的施加保持作用的所述部分(例如绝缘件的后部)可包括例如被构造用于压靠同轴线缆的绝缘体的两个夹爪以及包围这两个夹爪外侧的套筒，从而使得连接器能够被保持在半刚性类型的线缆上。
在一变型中，例如当线缆为柔性类型时，绝缘件的被构造用于在线缆上施加保持作用的所述部分可包括用于压靠同轴线缆的绝缘体的螺纹部分。在这种情况下，例如，绝缘件的所述部分可以被制成为单件。
界面的相对于同轴连接器的轴线倾斜地延伸的部分有益地限定圆锥形表面。这样的圆锥形表面有益地与同轴连接器内的电场线相交。
在一变型中，绝缘件有益地包括沿着同轴连接器的轴线的前部、第一居间部、中部、第二居间部以及后部，所述前部、第一居间部、中部、第二居间部以及后部中的至少两个在它们之间限定至少一部分相对于所述轴线倾斜地延伸的界面。
绝缘件的前部和后部有益地由标准介电材料制成。
第一居间部和第二居间部的介电材料的导热系数有益地大于前部和后部的介电材料的导热系数。
中部有益地由玻璃或类似于玻璃的材料制成，也称为玻璃珠。具有如上所限定的绝缘件的同轴连接器能够具有令人满意的密封性。
绝缘件的第一居间部和中部之间的界面有益地限定圆锥形表面，绝缘件的中部和第二居间部之间的界面有益地限定圆锥形表面，使得绝缘件的中部为双圆锥形形状，从而使得能够进一步降低任何由于次级电子倍增效应导致的击穿风险。
有益地贯穿绝缘件形成大致圆柱形的通道，以容纳中心接触件。这样的通道可由单个圆柱形部分构成或者由多个不同直径的圆柱形部分构成。例如，通道和中心接触件可以为：当中心接触件在所述通道中入位时，中心接触件和绝缘件仅通过圆柱形表面相接触。
同轴连接器的外表面有益地(在其至少一部分上)包括涂层，该涂层的热吸收率与热发射率之比小于1。
这样的涂层(无论全部还是部分覆盖同轴连接器的外表面)用于提高热量从连接器到真空中的耗散。
因此，本发明使得由于经过连接器的大功率引起的热量能够既从中心接触件向主体耗散又从主体向外部耗散。
有益地，涂层包括以氟化树脂(特别是PTFE)层覆盖的金属层。举例而言，金属层具有低吸收率，而氟化树脂层具有高发射率。
例如，连接器的主体和/或套筒和/或帽可在它们的外表面(特别是它们的侧表面)的至少一部分上设置有所述涂层。
本发明的其它示例性实施例还提供了一种同轴连接器，该同轴连接器包括：
·主体；以及
·装配在该主体中的中心接触件，绝缘件置于主体和中心接触件之间；
其中，外表面在其至少一部分上包括涂层，该涂层的热吸收率与热发射率之比小于1。
同轴连接器有益地包括主体，在该主体的外表面的至少一部分上设置有所述涂层。
同轴连接器有益地包括套筒，在该套筒的外表面的至少一部分上设置有所述涂层。
同轴连接器有益地包括帽，在该帽的外表面的至少一部分上设置有所述涂层。
涂层可在同轴连接器的整个或部分外表上延伸。
本发明的其它示例性实施例还提供了一种同轴连接器，该同轴连接器包括：
·主体；以及
·装配在该主体中的中心接触件，绝缘件置于主体和中心接触件之间；
其中：
·绝缘件包括至少两个不同部分，所述至少两个不同部分被至少一部分与连接器中的电场线不共线、特别是相对于连接器的轴线倾斜地延伸的界面分隔；和/或
·绝缘件的一部分，特别是绝缘件的后部，尤其是包括三个不同部分的绝缘件的后部，被构造用于在装配该连接器的同轴线缆的绝缘体上施加保持作用。
如上所述，具有为两部分构成的绝缘件(这两部分的界面的至少一部分与同轴连接器内的径向电场线不共线)的连接器用于避免在真空下产生电子雪崩，并用于避免电荷积聚在绝缘件的两部分之间的界面处。
连接器具有被构造用于在装配连接器的同轴线缆的绝缘体上施加保持作用的部分的绝缘件，使得由于该保持作用而能够避免在同轴连接器的绝缘件与同轴线缆的绝缘体之间产生间隙，特别是由于线缆的绝缘体在热膨胀的作用下收缩而产生的间隙。
利用具有上面描述的两个特征的连接器，显著地降低了与次级电子倍增效应相关的击穿风险。
这样的具有上面描述的特征中的一个和/或另一个的连接器可被构造用于在高处和/或在真空条件下耐受频率在1GHz至18GHz范围内(特别是在2GHz至18GHz范围内)的几百瓦(例如100W)的功率。这样的连接器有益地被构造用于在高处特别是在真空条件下抵挡击穿现象。
绝缘件的被布置成在线缆上施加保持作用的所述部分(特别是绝缘件的后部)的介电材料的线性热膨胀系数有益地小于线缆的电介质的线性热膨胀系数。举例而言，施加保持作用的所述部分的线性热膨胀系数也可小于绝缘件的至少一个其它部分(例如当绝缘件包括三个不同部分时的前部和中部)的线性热膨胀系数。当线缆的电介质为PTFE时，绝缘件的后部的线性热膨胀系数的值小于135m/m/K，线缆的电介质部分和绝缘件的其它部分的线性热膨胀系数的值大于或等于135m/m/K。
连接器的绝缘件中施加保持作用的所述部分有益地适于装配有该连接器的同轴线缆。
特别是当绝缘件包括三个不同部分时，绝缘件的所述部分(例如绝缘件的后部)包括例如被构造用于压靠同轴线缆的绝缘体的两个夹爪以及包围这两个夹爪的外侧的套筒，从而使得可将连接器保持在半刚性类型的线缆上。
在一变型中，例如当线缆为柔性类型时，绝缘件的被构造用于在线缆上施加保持作用的所述部分可包括螺纹部分，该螺纹部分被构造用于压靠同轴线缆的绝缘体。在这种情况下，例如，绝缘件的所述部分可被制成为单件。
本发明还提供了一种组件，该组件包括上面描述的连接器以及同轴线缆，连接器装配在该同轴线缆上，连接器的绝缘件的至少一部分被构造用于在同轴线缆的绝缘体上施加保持作用。
附图说明
通过阅读下面参照附图对非限制性实施例的描述，本发明的其它优点和特性将显现，其中：
图1是构成本发明实施例的同轴连接器的剖视图；
图2示出了图1的细节；
图3示出了图2中所示连接器的绝缘件的后部的变型；
图4示出了连接器主体的侧表面携带的涂层的示例；以及
图5是与图1类似的视图，示出了构成本发明另一实施例的同轴连接器的主体和绝缘件。
具体实施方式
图1示出了总体以标号1表示的具有轴线X的同轴连接器(例如TNC型连接器)的示例。该示例中的这个同轴连接器1包括制成为单件的主体2和装配在主体2中的中心接触件3，绝缘件4置于主体2和中心接触件3之间。在绝缘件4中形成有圆柱形的通道7，以容纳中心接触件3，在所示的示例中，中心接触件3具有大致圆柱形的外形。
在所描述的示例中，同轴连接器1还包括装配在主体2的前面的帽5以及装配在主体2的后面的套筒6。在所描述的示例中，帽5限定连接器1的、适于耦接到互补同轴连接器的前部，而套筒6限定连接器1的、用于装配在同轴线缆8上的后部。
如图1所示，同轴线缆8具有中心接触件9和包围中心接触件9的绝缘体10，线缆8适于容纳在同轴连接器1的套筒6内部。
在所描述的示例中，同轴连接器1还包括位于主体2和帽5之间的环形垫圈12。
在图1的示例中，绝缘件4包括沿着连接器1的轴线X的三个不同部分4a、4b和4c，但是如下面所述，本发明不限于绝缘件4的任何特定数目的部分。
绝缘件4的部分4a、4b和4c由介电材料制成，特别地由不同的介电材料制成。
举例而言，绝缘件的前部4a由导热系数等于1W/m·K的标准介电材料(例如，)制成。举例而言，中部4b和后部4c由导热系数值大于前部4a的介电材料的导热系数值的介电材料制成。后部4c也可以由导热系数值大于中部4b的介电材料的导热系数值的介电材料制成。
如图1所示，绝缘件的前部4a和中部4b之间的界面13以及绝缘件的中部4b和后部4c之间的界面14均至少包括相对于同轴连接器1的轴线X倾斜地延伸的各自部分15和16。
在所描述的示例中，这些部分15和16限定圆锥形表面。这样的圆锥形表面与同轴连接器1内的相对于连接器的轴线X径向延伸的电场线相交。这样，电子被绝缘件部分吸收而不可能再次发射，因而避免了潜在的电荷积聚。
在图1的示例中，部分15和16不平行，并且它们在远离中心接触件3朝向连接器的主体2的方向上进一步彼此分开。
下面参照图2和图3更详细地描述同轴连接器1的绝缘件4的后部4c的示例。
在图2的示例中，绝缘件4的后部4c包括三个不同部分，即套筒160和两个夹爪17。这两个夹爪17被设计成压靠同轴线缆8的绝缘体10，以将连接器1保持在同轴线缆8上。套筒160包围夹爪17的外侧，保持夹爪17靠着线缆的绝缘体10。这样的后部4c特别用于保持半刚性类型的同轴线缆8。
在图3所示的变型中，绝缘件的后部4c是单件，并包括具有内螺纹19的部分，当连接器1装配在同轴线缆8上时，所述内螺纹19刺入线缆8的绝缘体10中。这样的后部4c特别用于将连接器1保持在柔性类型的同轴线缆8上。根据同轴线缆8的柔性，这样的柔性线缆的绝缘体10可任选地预形成螺纹。
在没有示出的其它变型中，绝缘件4只有两个不同部分，这两个不同部分中的一个部分包括套筒160和两个夹爪17(与参照图2的描述相似)，或者所述一个部分具有带有内螺纹19的部分(与参照图3描述的内螺纹相似)。
参照图5，接下来描述本发明的同轴连接器的主体和绝缘件的另一示例。在该示例中，连接器的主体2包括两个部分2a′和2b′，绝缘件包括沿着同轴连接器1的轴线X相继的五个不同部分4a′、4b′、4c′、4d′和4e′。
举例而言，绝缘件的前部4a′由标准介电材料(例如，)制成，从而例如保留同轴连接器的标准界面，用于与互补的同轴连接器耦接。在所描述的示例中，中部4b′和4d′由导热系数大于前部4a′的介电材料的导热系数的介电材料制成。
部分4c′由玻璃或类似玻璃的材料制成，并被称为玻璃珠。如图5所示，该中部4c′被环形元件11a′从外部包围，并且被圆柱形中心接触件11b′在轴线X上大致在其中间从内部贯穿。举例而言，中部4c′直接模制在环形元件11a′和圆柱形中心接触件11b′上。
举例而言，环形元件11a′和圆柱形中心接触件11b′由热膨胀接近玻璃的热膨胀的金属材料(例如镍铁合金)制成。
在所描述的示例中，环形元件11a′、中心接触件11b′和绝缘件的中部4c′通过激光焊在主体的部分2b′上。
绝缘件的后部4e′可由标准介电材料(例如，)制成，从而保留用于容纳同轴线缆的同轴连接器1′的标准界面。
举例而言，绝缘件的部分4c′与相邻的该绝缘件的部分4b′和4d′配合，以限定具有相对斜坡的界面，使得部分4c′为双锥形形状，从而使得所得的连接器具有密封特性，同时限制与次级电子倍增效应相关的风险。
主体2、套筒6和/或帽5可在它们的侧表面的至少一部分上包括涂层20，特别地在它们的整个侧表面上包括涂层20，该涂层20的热吸收率与热发射率之比小于1，从而用来改善从主体2、套筒6和/或帽5向外的热耗散。举例而言，此涂层20包括以氟化树脂(例如PTFE)层22覆盖的亮金属(例如银)层21。
本发明不限于上面描述的示例。
在权利要求中，术语“包括”应理解为与“包括至少一个”同义，除非另有说明。
Claims (10)
1.一种同轴连接器，包括：
·主体；以及
·装配在所述主体中的中心接触件，绝缘件置于所述主体和所述中心接触件之间；
其中，所述绝缘件包括沿着所述同轴连接器的轴线的前部、后部、以及在所述前部和所述后部之间的中部，
其中，所述绝缘件的前部和中部之间的界面的至少一部分相对于所述连接器的轴线倾斜地延伸，以及
其中，所述绝缘件的中部和后部之间的界面的至少一部分相对于所述连接器的轴线倾斜地延伸。
2.根据权利要求1所述的连接器，其中，所述绝缘件的不同部分由不同的介电材料制成。
3.根据权利要求2所述的连接器，其中，制成所述绝缘件的所述部分之一的介电材料的导热系数值不同于所述绝缘件的另一部分的介电材料的导热系数值。
4.根据权利要求1所述的连接器，其中，所述绝缘件的一部分，被构造用于在装配该连接器的同轴线缆的绝缘体上施加保持作用。
5.根据权利要求4所述的连接器，其中，所述绝缘件的所述一部分的介电材料的线性热膨胀系数小于所述线缆的电介质的线性热膨胀系数。
6.根据权利要求4所述的连接器，其中，所述绝缘件的所述一部分包括被构造用于压靠所述同轴线缆的绝缘体的两个夹爪以及在外侧包围所述夹爪的套筒。
7.根据权利要求4所述的连接器，其中，所述绝缘件的所述一部分包括被构造用于压靠所述同轴线缆的绝缘体的螺纹部分。
8.根据权利要求1所述的连接器，其中，所述界面的相对于所述连接器的轴线倾斜地延伸的部分限定圆锥形表面。
9.根据权利要求1所述的连接器，其中，所述绝缘件包括沿着所述同轴连接器的轴线的前部、第一居间部、中部、第二居间部以及后部，所述前部、第一居间部、中部、第二居间部以及后部中的至少两个在它们之间限定至少一部分相对于所述连接器的轴线倾斜地延伸的界面，所述绝缘件的第一居间部与中部之间的界面限定圆锥形表面，所述绝缘件的第二居间部与中部之间的界面限定圆锥形表面，使得所述绝缘件的中部具有双圆锥形形状。
10.根据权利要求1所述的连接器，其中，所述连接器的侧表面在其至少一部分上包括涂层，该涂层的热吸收率与热发射率之比小于1。
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