CN102334232B - 用于传输高频信号的同轴电缆的机械和电连接设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在包括至少一个传导轨道和至少一个地平面的多层线路与包括内导体和外导体的传输高频信号的同轴电缆之间的机械和电连接的设备，该机械和电连接设备包括：用于将同轴电缆电连接到多层线路地平面的装置，包括与多层线路的地平面相对布置的传导表面，其中电介质材料层将地平面与传导表面隔离以便在传导表面与地平面之间建立电容电链接；以及机械固定装置，包括由电介质材料制成并且可以向形成于地平面中的适当开口中插入的至少一个凸起图案。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在传输高频信号的同轴电缆与包括多层微带或者带状线线路之间机械和电连接的设备。这一机械和电连接设备可以例如是安装于基站设备房内的射频模块的部分。
背景技术
在微带型配置的情况下，普遍称为“地平面”的接地传导表面布置于平面电介质衬底的一面上。传导轨道固定到电介质衬底的另一面上。微带线路通常采用存放于电介质衬底的一面上的印刷电路这一形式，该电介质衬底的相对镀金属接地面构成地平面。
在带状线型配置中，两个连续接地导体板并行地布置于传导轨道的任一侧上。电介质层将每个导体板与传导轨道绝缘。
为了保证在一方面为接地同轴电缆的导体层与另一方面为微带或者带状线线路的地平面之间的电连续性，最常使用的系统由导体上的螺母和螺丝构成。同轴电缆的外导体更经常地焊接到导体元件上，该导体元件又借助螺丝、螺母、销或者任何适合于保证接头稳定定位于约束环境内的其它装置来维持与多层线路的地平面的电和机械接触。地平面可以由不可焊接材料如铝构成。同轴电缆的中心内导体然后焊接到微带或者带状线线路的传导轨道。这一解决方案的优点在于可以在修理或者更换的情况下拆卸组件。然而，这一组装方法复杂并且成本高。
根据一种改进的解决方案，可以在多层线路的地平面上焊接同轴电缆的外导体，只要例如借助切除部分、缺口和/或折叠来适配同轴电缆的外导体的形状。在该情况下必需的是地平面的材料可焊接(黄铜、铜、锡等或者金属镀层)。出于这一原因，这一解决方案成本更高(特别是对于很大电路而言)，并且不再能够容易拆卸。
发明内容
本发明以消除现有技术的弊端为目标。具体而言，本发明提出一种用于在传输高频信号的同轴电缆与多层微带或者带状线线路之间的机械和电连接的设备，该设备实施起来成本低、容易和快速而又保证用于在射频领域中使用的可靠电接头。
本发明涉及一种用于在包括传导轨道和至少一个地平面的多层线路与包括内导体和外导体的传输高频信号的同轴电缆之间的机械和电连接的设备，该机械和电连接设备包括：
-用于将同轴电缆电连接到多层线路地平面的装置，包括与多层线路的地平面相对布置的传导表面，其中电介质材料层将地平面与传导表面隔离以便在传导表面与地平面之间建立电容电连接；以及
-机械固定装置，包括由电介质材料制成并且可以向形成于地平面中的适当开口中插入的至少一个突起图案。
根据本发明的机械和电连接设备通过利用射频消除在充当地平面的不同部分之间的任何直接接触来实现电隔离。借助通过面对面(但是无直接接触)放置传导材料层实现的电容耦合来产生地平面之间的连接。此外，本发明也实现对机械和电连接设备的不同部件的迅速和高效定位。
在根据本发明的机械和电连接设备中，传导表面电连接到外导体。
在一个优选实施例中，机械固定装置包括由电介质材料制成并且可以向形成于地平面中的适当开口中插入的至少一个凸起图案。
在第一实施例中，凸起图案成形为类似于借助向地平面中的适当尺寸的开口中扣合来实现快速组装的钩。
根据第二实施例，凸起图案成形为类似于实现机械和电连接设备相对于地平面的定位的销。可以借助例如由塑料制成的螺母、螺钉和/或铆钉来固定机械和电连接设备。
这些机械固定装置具有能够容易拆卸而无损坏的优点。
本发明也提出一种用于借助根据本发明的机械和电连接设备来迅速组装传输高频信号的同轴电缆和多层线路的方法。这一方法包括以下步骤：
-将同轴电缆的外导体连接到机械和电连接设备的传导表面，
-在机械和电连接设备的传导表面上沉积电介质材料层，
-以在与同轴电缆的外导体电连接的传导表面与多层线路的地平面之间创建电容电连接这样的方式与机械和电连接设备的传导表面相对地放置多层线路的地平面，
-借助机械固定元件将机械和电连接设备机械连接到地平面，并且
-将同轴电缆的内导体连接到多层线路的传导轨道。
在一个优选实施例中，机械和电连接设备的传导表面通过焊接或者铜焊来电连接到同轴电缆的外导体。
在另一优选实施例中，机械和电连接设备借助由电介质材料制成并且可以向形成于地平面中的适当开口中插入的至少一个凸起图案来机械连接到地平面。
在第一实施例中，机械和电连接设备借助向形成于地平面中的适当开口中扣合凸起钩形图案来机械连接到地平面。
在第二实施例中，机械和电连接设备通过向形成于地平面中的适当开口中插入销形图案来机械连接到地平面。
本发明的优点在于实现相关部件的快速和低成本组装。
消除并且用电容电连接替换将地平面焊接到机械和电连接设备上。地平面然后可以由并非必然可焊接的材料构成，这减少成本。
可选地，也可以消除使用金属固定元件(螺丝、螺母、销等)来与地平面连接。根据本发明，借助由电介质材料制成的固定元件来实施连接。具体可以通过将凸起图案扣合就位，用夹子来夹紧，或借助销和固定元件来执行连接。根据本发明的方法能够实现快速、精确、安全的组装。
最后，一旦已经消除与地平面的任何直接金属到金属接触，这一类型的电容电连接使得有可能防止出现作为引起信号失真的因素之一的PIM互调非自然因素。
附图说明
本发明的其它特性和优点将在作为例子给出而非限制的下文实施例描述中和在以下附图中变得清楚：
-图1描绘了借助根据本发明第一实施例的机械和电连接设备来制成的接头的例子的图；
-图2是图1的机械和电连接设备的示意透视图；
-图3是根据本发明的机械和电连接设备的第二实施例的透视图；
-图4是图3的机械和电连接设备的部件的分解透视图；
-图5是同轴电缆到图3的机械和电连接设备这样的组件的部件的分解透视图；
-图6是同轴电缆到图3的机械和电连接设备这样的组件的透视图；
-图7是放置于地平面上的图6的组件的透视图；
-图8是放置于两个地平面上的图6的组件的透视图。
在图3至图8上，向相同元件给予相同标号。
-图9是根据本发明的机械和电连接设备的第三实施例的透视图；
-图10是图9的机械和电连接设备的部件的分解透视图；
-图11是同轴电缆到图9的机械和电连接设备这样的组件的部件的分解透视图；
-图12是同轴电缆到图9的机械和电连接设备这样的组件的透视图；
-图13是放置于地平面上的图12的组件的透视图；
-图14是放置于两个地平面上的图12的组件的透视图；
在图9至图14上，向相同元件给予相同标号。
-图15a和15b分别是根据本发明的机械和电连接设备的第三实施例的俯视图和侧视图；
-图16a和16b分别是根据本发明的机械和电连接设备的第四实施例的俯视图和侧视图；
-图17a和17b分别是根据本发明的机械和电连接设备的第五实施例的俯视图和侧视图；
-图18a和18b分别是根据本发明的机械和电连接设备的第六实施例的俯视图和侧视图；
-图19a和19b分别示出了针对电介质层的增加厚度值随着在x轴上的在100MHz与4GHz之间的频率v而变化、以dB为单位表达并且在y轴上绘图的输入阻抗E及其插入损耗A的适配趋势。
具体实施方式
在图1和2上示意地表示的根据本发明的机械和电连接设备的实施例中，同轴电缆1包括由金属制成的中心内导体2、接收交变电流的外导体3(经常实施为金属或者金属镀制的编织物)和位于两个导体2、3之间的电介质材料层4。电缆1连接到多层带状线5，该带状线包括夹入于两个传导表面7之间的传导轨道6。接地金属或者金属镀制的传导表面7构成多层线路5的地平面。电介质层8将传导轨道6与位于任一侧上的导体表面7分离，该电介质层在这一情况下由空气构成并且提供电隔离。同轴电缆1的内导体2例如借助焊接电连接到多层线路5的传导轨道6。根据本发明第一实施例的机械和电连接设备在它的一侧上包括U形传导连接元件9，其中U的分支的外面由将连接元件9与地平面7绝缘的电介质材料层10覆盖以避免任何直接金属到金属接触。同轴电缆1的外导体3例如通过焊接电连接到连接元件9。机械和电连接设备还包括电介质材料的固定元件11，该固定元件在任一侧上包括适合于扣合(click)到出于固定目的而在地平面7中提供的开口中的凸起图案12以便同时保证将机械和电连接设备定位和固定于地平面7上。
现在将考察描绘了根据本发明的机械和电连接设备的第二实施例的图3和4。机械和电连接设备30由连接元件31、绝缘元件32和固定元件33构成。
连接元件31在它的一侧上成形为U。连接元件31由诸如黄铜、铜等传导材料或者另外由覆盖在诸如锡、银、金等传导材料中的任何其它材料制成。U的两个臂34构成关于地平面的耦合表面。位于U的两个臂34之间的部分35包括用于同轴电缆的内导体穿过的开口36。
绝缘元件32在它的在连接元件31的相反方向上指向的一侧上设计成U形以便实现定位于连接元件31周围。绝缘元件32的两个臂37因此分别覆盖连接元件31的两个臂34以构成将连接元件31与位于任一侧上的地平面绝缘的电介质层。恰如对于连接元件31那样，位于U的两个臂37之间的部分38包括用于同轴电缆穿过的开口39。绝缘元件32由电介质材料如聚合物(例如聚乙烯)制成。
固定元件33包括适合于向连接元件31中插入的芯40，该芯与形状为如下钩的凸起图案41配合，这些钩在地平面的方向上向上和向下突出。分别在连接元件31的臂34和绝缘元件32的臂37的每个边缘上实现切口42和43以允许凸起图案41穿过。钩41借助弹簧效果来将连接元件31和绝缘元件32固定在一起。芯40被构成为充当用于同轴电缆的引导和支撑元件。固定元件33由电介质材料如塑料制成。
一旦固定元件33已经插入于连接元件31中从而绝缘元件32覆盖系统，根据本发明的这一实施例的机械和电连接设备如图4中所示为紧凑并且具有它的功能所需要的机械抵抗力。
可选择地，可以用电介质材料将连接元件和固定元件实现为单件，其中某些表面由金属覆盖以便构成耦合表面。
可选择地，可以将绝缘元件减小成沉积于传导表面上的绝缘膜，只要在传导表面与位置相对的地平面之间提供有效绝缘。例如可以在每个传导表面上粘合电介质材料片。
图5和6示出了在图3和4中表示的机械和电连接设备如何与同轴电缆50接合，该同轴电缆包括由电介质层53隔离的内导体51和外导体52，其中该系统由绝缘包层54保护，该包层由电介质材料如聚乙烯(PE)或者聚四氟乙烯(PTFE)制成。电缆50通过绝缘元件32的开口39进入机械和电连接设备。电缆50由位于连接元件31内的固定元件33引导，从而电介质层53包围的内导体51经由连接元件31的开口36退出。
为了实施在同轴电缆50与多层线路之间的连接，第一步骤是例如通过焊接来建立在电缆50的外导体52与连接元件31之间的电连续性从而允许内导体51经过开口36突出。通过沿着电缆50滑动，通过将固定元件33的凸起图案41定位到连接元件31的切口42中，向连接元件31中插入固定元件33。最后，绝缘元件32经由开口39在电缆之上滑过并且滑动以便覆盖连接元件31，连接元件31的切口43配合到固定元件33的凸起图案41上。
现在仅需将与它的机械和电连接设备配合的同轴电缆50接合到多层线路。在带状线的情况下，第一步骤是向出于这一目的而在带状线的两个地平面中的第一地平面中提供的开口中扣合固定元件33的两个钩41。同轴电缆50的内导体51然后电连接到带状线的传导轨道。最后，向出于这一目的而在带状线的两个地平面中的第二平面中提供的开口中扣合固定元件33的其它两个钩41。
图7表示在位置上固定到多层型微带线路地平面的根据图3至6中所示实施例的机械和电连接设备。包围同轴电缆外形71的机械和电连接设备70设置于传导表面72上，该传导表面构成多层型微带线路的地平面。固定元件的凸起图案73向地平面的开口74中插入并且通过弹簧效果来固定住它以维持机械和电连接设备与地平面接触。
图8表示在位置上固定到多层型带状线地平面的根据图3至6中所示实施例的机械和电连接设备。包围同轴电缆81的机械和电连接设备80设置于两个传导表面82之间，这些传导表面构成多层型带状线的地平面。固定元件的钩形凸起图案83向地平面的开口84中插入并且通过弹簧效果来固定住它以维持机械和电连接设备在任一侧上与两个地平面接触。
当然可以以相同方式将若干电缆连接到同一个多层线路，其中每个电缆具有它自己的机械和电连接设备。
现在将参照描绘了根据本发明的机械和电连接设备的第三实施例的图9和10。机械和电连接设备90由连接元件91、绝缘元件92和固定元件93构成。这一第三实施例与第二实施例不同在于固定元件93包括适合于向与形状为如下销的凸起图案95配合的连接元件91中插入的芯94，这些销旨在于保证机械和电连接设备90相对于地平面的定位。分别在连接元件91上和在绝缘元件92上产生切口96和97以允许定位销95穿过。
图11和12示出了在图9和10中表示的机械和电连接设备如何与包括内导体101和外导体102的同轴电缆100接合。电缆10通过绝缘元件104的开口103进入机械和电连接设备。电缆100由位于连接元件106以内的固定元件105引导，从而内导体101经由连接元件106的开口107退出。
图13表示在位置上固定到多层型微带地平面的根据图9至12中所示实施例的机械和电连接设备。包围同轴电缆131的机械和电连接设备130设置于传导平面132上，该传导平面构成多层型微带的地平面。向地平面的开口135中插入形成固定元件134的定位销的凸起图案133。
图14表示在位置上固定到多层型带状线地平面的根据图9至12中所示实施例的机械和电连接设备。包围同轴电缆140的机械和电连接设备设置于两个传导表面141、142之间，这些传导平面构成多层型带状线的地平面。向地平面的开口144中插入机械和电连接设备的固定元件的销143。同轴电缆140的接头利用带状线来与它的机械和电连接设备配合：第一步骤是向出于这一目的而在带状线的两个地平面中的第一地平面中提供的开口144中插入固定元件的两个定位销143。同轴电缆140的内导体然后电连接到带状线的传导轨道。最后，向出于这一目的而在多层线路的两个地平面中的第二地平面中提供的开口中插入固定元件的其它两个定位销143。借助由电介质材料制成的螺母145来保证机械和电连接设备到两个地平面的双边固定。
图15a至18b表示连接元件的不同成形的变体。
图15a和15b示出了如下实施例变体，根据该实施例变体，连接元件150在它的一侧上呈现P的形式从而呈现用于与位于机械和电连接设备上方和下方的地平面电容耦合的两个表面151和152。
图16a和16b示出了如下实施例变体，根据该实施例变体，连接元件160呈现N的形式，该形式由用于与位于机械和电连接设备上方和下方的地平面电容耦合的转向外界的两个表面161和162扩展。
图17a和17b示出了如下实施例变体，根据该实施例变体，连接元件170呈现N的形式，该形式由用于与位于机械和电连接设备上方和下方的地平面电容耦合的转向内部的两个表面171和172扩展。
图18a和18b示出了如下实施例变体，根据该实施例变体，连接元件180在它的一侧上呈现砧的形式，该形式在一端敞开并且呈现用于与位于机械和电连接设备上方和下方的地平面电容耦合的两个表面181和182，每个表面分别由两个部分181a、181b和182a、182b构成。
图19a表示针对聚乙烯层的增加厚度值相对于50欧姆的阻抗在适配接头的输入阻抗E时的趋势。输入阻抗E的适配在用于两个地平面的恒定电容耦合表面(即2(20X15)＝600mm2)在射频范围0.1GHz至4GHz内在-40dB与0dB之间变化。曲线190充当参考并且涉及地平面直接电接触这样的情况。曲线191、192和193分别示出了针对厚度0.1mm、0.2mm和0.3mm的改变。
图19b表示针对电介质聚乙烯层的增加厚度值随着频率v而变化的插入损耗A。插入损耗A在用于两个地平面的恒定电容耦合表面(即2(20X15)＝600mm2)在-0.20dB与0dB之间变化。曲线194充当参考并且涉及地平面直接电接触这样的情况。曲线195、196和197分别示出了在0.1GHz至4GHz这一频率范围内针对厚度0.1mm、0.2mm和0.3mm的趋势。
曲线示出了电介质层越薄、电容耦合就将越高效。当然，电介质层的最优厚度依赖于所用材料的介电常数。也已知耦合表面越大、电容耦合就将越高效。必须根据工作频率范围(更具体为中心频率和频带范围)来优化电介质层的厚度和耦合表面。
自然而言，本发明并不限于描述的实施例而实际上可以有本领域技术人员可想到的诸多变化而不脱离本发明的精神实质。具体而言，将有可能修改机械和电连接设备的形式以及机械固定装置的凸起图案而不脱离本发明的范围。
Claims (10)
1.一种用于在包括传导轨道和至少一个地平面的多层线路与包括内导体和外导体的传输高频信号的同轴电缆之间的机械和电连接的设备，所述内导体电连接到所述多层线路的所述传导轨道，所述机械和电连接设备包括：
-传导连接部件，电连接到所述同轴电缆的所述外导体，布置成与所述多层线路的所述地平面相对，其中电介质材料的绝缘元件将所述地平面与所述传导表面隔离以便在所述同轴电缆的所述外导体与所述地平面之间建立电容电链接；以及
-电介质材料的固定元件，包括芯和至少一个凸起图案，所述芯插入所述连接元件中并且充当用于同轴电缆的引导和支撑元件，所述至少一个凸起图案适合于扣合进在所述地平面中形成的开口中。
2.根据权利要求1所述的机械和电连接设备，其中所述传导连接部件在其一侧上成形为U形，所述U形的分支的外部面覆盖有电介质材料层。
3.根据权利要求2所述的机械和电连接设备，其中所述固定元件的所述凸起图案成形为通过所述传导连接部件、所述绝缘元件和所述地平面的扣合和弹簧效果来实现组装的钩这样的形式。
4.根据权利要求2所述的机械和电连接设备，其中所述绝缘元件在它的在所述传导连接部件的相反方向上指向的一侧上成形为U形，以便实现定位于所述连接元件周围，所述U形的两个分支分别覆盖所述传导连接元件的U形的两个分支，从而将所述传导连接元件与所述地平面绝缘。
5.根据权利要求2和4之一所述的机械和电连接设备，其中位于所述U形的两个分支之间的部分包括用于所述同轴电缆的所述内导体穿过的开口。
6.根据权利要求1所述的机械和电连接设备，其中所述传导连接元件和所述固定元件可以用电介质材料实现为单件，其中某些表面由金属覆盖以便构成耦合表面。
7.一种用于借助机械和电连接设备将包括内和外导体的同轴电缆与包括传导轨道和至少一个地平面的多层线路机械和电连接的方法，所述机械和电连接设备包括：传导连接部件和电介质材料的固定元件，所述传导连接部件电连接至所述同轴电缆的所述外导体，所述传导连接部件布置成与所述多层线路的所述地平面相对，其中电介质材料的绝缘元件将所述地平面与所述传导表面隔离，所述固定元件包括芯以及至少一个凸起图案，所述至少一个凸起图案适合于扣合进在所述地平面中形成的适当开口中，所述方法包括：
-将所述同轴电缆的所述外导体连接到所述机械和电连接设备的所述传导连接部件，
-向所述机械和电连接设备的所述传导连接部件中插入所述固定元件，
-在所述传导连接元件之上组装所述绝缘元件以便覆盖所述机械和电连接设备的所述传导连接元件，
-以在与所述同轴电缆的所述外导体电连接的所述传导连接部件与所述多层线路的所述地平面之间创建电容电连接这样的方式与所述机械和电连接设备的所述传导连接部件相对地放置所述多层线路的所述地平面，
-借助所述固定元件的所述至少一个凸起图案将与所述机械和电连接设备配合的同轴线缆接入所述多层线路的所述地平面，并且
-将所述同轴电缆的所述内导体连接到所述多层线路的所述传导轨道。
8.根据权利要求7所述的机械和电连接方法，其中所述机械和电连接设备的所述传导连接部件通过焊接或者铜焊电连接到所述同轴电缆的所述外导体。
9.根据权利要求7或者8所述的机械和电连接方法，其中所述机械和电连接设备借助插入所述连接元件并且充当用于所述同轴线缆的引导和支撑元件的包括芯的所述固定元件以及插入在所述地平面中形成的适当开口中的由电介质材料制成的至少一个凸起图案来机械连接到所述地平面。
10.根据权利要求9所述的机械和电连接方法，其中所述机械和电连接设备借助向形成于所述地平面中的适当开口中扣合电介质材料制成的至少一个凸起钩形图案来机械连接到所述地平面。
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