CN102683929B - 射频连接器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种射频连接器，包括：插座和连接电路板，且二者相连；其中，所述插座呈长方体结构，其上具有长方形凹槽和金属簧片，该金属簧片设置于所述长方形凹槽内，且该金属簧片分别与所述连接电路板上的传输射频信号线和接地部位根据相对应关系彼此相接触。本发明所述的一种射频连接器，采用连接电路板为中间连接器的连接方案，降低了成本，解决了由于被连接PCB板的布线空间及设备空间限制，上下连接的中心线偏差很大时传统连接器无法连接的问题，以及允许很大的长度、宽度、高度方向的容差来解决制造及装配误差引起的连接问题，且安装及维护方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种连接器，尤其涉及一种可以用于传输射频信号，数字信号及电源信号等的射频连接器。
背景技术
伴随着无线通讯技术的不断发展，“板对板”射频连接器在无线系统模块互联中的应用越来越广泛，如：通信基站、RRH（Remote Radio Head，用于移动宽带网络基站中的新技术设备）、直放站、GPS设备以及其它类似应用等，具体可以用于电路板对电路板、电路板对射频模块或射频模块对射频模块的互连。随着设备产品小型化，部件之间的连接越来越紧凑，设备产品的价格竞争越来越激烈，设备制造商对连接器提出新的要求：1）射频连接器的容差要求越来越高；2）射频连接器的盲配需求；3）节省更多的空间；4）成本不断降低。
为了支持较大的容差，目前市场上板对板连接方案主要是采用有转接器为中间连接器的射频同轴连接器。如图1所示（H是板间距，a为径向容差），如SMP，MMBX等有限板间距高度容差及SMP-MAX板间距高度大容差的板对板射频连接器等。
根据设备需要选择不同的数量，当连接数量多时，连接器本身的制造成本较高。而且当客户被连接电路板的布线空间限制，上下连接的中心线偏差很大时，现有市场板对板的连接方式不能解决该问题，传统方式只能采用电缆组件的连接，成本会很高，安装不方便，而且现有设备的体积越来越小，部件之间的连接越来越紧凑，电缆组件已无法满足要求。
因此，如何通过一种新的方式来解决上述问题，便成为急待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种射频连接器，以解决传统的射频连接器所采用的材质、制造成本高，制造及装配误差引起的装配问题，以及由于被连接PCB板（Printed Circuit Board，印刷电路板）的布线空间限制，上下连接的中心线偏差很大时的连接问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种射频连接器，其特征在于，包括：插座和连接电路板，且二者相连；其中，所述插座呈长方体结构，其上具有长方形凹槽和金属簧片，该金属簧片设置于所述长方形凹槽内，所述金属簧片采用多片，且该金属簧片分别与所述连接电路板上的传输射频信号线和接地部位根据相对应关系彼此相接触。
进一步地，其中，所述连接电路板上具有采用共面线或微带线形式形成的传输射频信号线、接地部位、与所述插座上的卡持结构凸块相对应的卡持结构孔、与所述插座上的导向定位结构凸块相对应的导向定位结构凹槽和/或与所述插座上的导向定位结构凹槽相对应的导向定位结构凸块。
进一步地，其中，所述连接电路板为采用传递TEM波或准TEM波的布局和走线方式的连接电路板。
进一步地，其中，所述连接电路板上具有采用共面线形式形成的传输射频信号线上还具有中心导体带，并该中心导体带的两侧制作出导体平面，形成共面微带传输线。
进一步地，其中，所述插座为两个结构相同的插座，且能分别与同一连接电路板相连接。
进一步地，其中，所述金属簧片相邻之间保持的距离的最小距离是0.2mm。
进一步地，其中，所述插座上的金属簧片到连接电路板的传输射频信号线边缘的距离为d1。
进一步地，其中，所述插座上的卡持结构凸块的中心高度H1小于所述金属簧片与连接电路板的接触点高度H2。
进一步地，其中，所述金属簧片与所述连接电路板的连接处为一个弧形面结构。
进一步地，其中，所述连接电路板上设置一端开孔，该开孔为方形或圆形形状。
与现有技术相比，本发明所述的一种射频连接器，采用连接电路板为中间连接器的连接方案，降低了成本，解决了由于被连接PCB板的布线空间及设备空间限制，上下连接的中心线偏差很大时传统连接器无法连接的问题，以及允许很大的长度、宽度、高度方向的容差来解决制造及装配误差引起的连接问题，且安装及维护方便。
附图说明
图1是现有技术中一种带转接器的同轴连接器的结构示意图。
图2为本发明实施例所述的一种射频连接器结构示意图。
图3为本发明实施例所述的一种射频连接器中第一插座的结构示意图。
图4为本发明实施例所述的一种射频连接器中第二插座的结构示意图。
图5（a）、5（b）为本发明实施例所述的一种射频连接器中连接电路板的结构示意图。
图6为本发明实施例所述的一种射频连接器与被连接PCB连接后的分解结构示意图。
图7为本发明实施例所述的一种射频连接器与被连接PCB连接后的工作状态结构示意图。
图8为本发明实施例所述的一种射频连接器中插座的金属簧片与所述连接电路板的连接状态侧视结构图。
图9为本发明实施例所述的一种射频连接器中插座的金属簧片与所述连接电路板的连接状态正视结构图。
图10为本发明实施例所述的一种射频连接器中插座的卡持结构凸块的中心高度H1与插座的金属簧片与连接电路板的接触点高度H2的对比结构图。
图11为本发明实施例所述的一种射频连接器中第一插座与连接电路板的安装结构侧视图。
图12为本发明实施例所述的一种射频连接器中第一插座、第二插座与连接电路板之间的安装结构示意图。
图13为本发明实施例所述的一种射频连接器中插座与连接电路板的变化连接对比示意图。
图14（a）、14（b）为本发明实施例所述的一种射频连接器中插座的的金属簧片与所述连接电路板的连接状态变化的局部放大图。
图15（a）、15（b）为本发明实施例所述的一种射频连接器中插座与连接电路板连接状态变化的侧视结构示意图。
图16为本发明实施例所述的一种射频连接器中第一插座与连接电路板之间的安装结构示意图。
图17为本发明实施例所述的一种射频连接器中第一插座与连接电路板的另一种结构示意图。
图18为本发明实施例所述的一种射频连接器中的连接电路板的另一种结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
如图2所示，本发明实施例所述的一种射频连接器结构，包括三部分分别是：第一插座1，连接电路板2和第二插座3；其中，
所述第一插座1和第二插座3均采用具有耐热型材质的塑料基座，该塑料整体呈长方体结构，其上具有长方形凹槽；
如图3所示，所述第一插座1，包括：具有凹槽的第一基座11、第一金属簧片12、卡持结构凸块13、导向定位结构凸块14和第一导入结构凸块15；卡持结构凸块13和导入结构凸块15是为了操作更方便，这里的卡持结构凸块13和导入结构凸块15也可以不设置，主要根据实际需要进行设置即可。
如图4所示，所述第二插座3，包括：具有凹槽第二基座31、第二金属簧片32和第二导入结构凸块33。
如图5（a）所示，所述连接电路板2为一电路板，其上具有采用共面线形式形成的传输射频信号线21、接地部位22、和与所述第一插座1上的卡持结构凸块13和导向定位结构凸块14相对应的卡持结构孔23和导向定位结构凹槽24。传输射频信号线21的形状可以根据需要设计为不同形状，这里不做具体限定，接地部位22也可以做相应调整。射频连接器中的连接电路板采用双面板，传输射频信号线21、接地部位22与金属簧片中的连接传输射频信号线簧片和接地簧片分别接触，以更好的实现阻抗的匹配，提升连接器的电气性能。
在介质基片的一个面上制作出中心导体带（即图5（a）中21），并在紧邻中心导体带的两侧制作出导体平面，这样就构成了共面波导，又叫共面微带传输线。共面波导传播的是TEM波（Transverse ElectroMagnetic，横电磁波），没有截止频率。
本发明中的电路板也可以采用其他可以传递TEM波或准TEM波的布局和 走线方式，如图5（b）的微带线传输方式。微带线是位于接地层上由电介质隔开的印制导线，它是一根带状导线（信号线）与地平面之间用一种电介质隔离开。印制导线的厚度、宽度、印制导线与地层的距离以及电介质的介电常数决定了微带线的特性阻抗。传输射频信号线21、接地部位22，PCB另一侧为导体平面，具有接地部位。连接电路板与插座的连接同上。
如图3和4所示，上述第一插座1和第二插座3所采用具有耐热型材质的塑料，可以是LCP（Liquid Crystal Polyester，液晶高分子聚合物），PEEK（Polyetheretherketone，聚醚醚酮）等的具有耐热型材质的塑料基座与具有一定弹性性能的第一金属簧片12、第二金属簧片32（磷青铜或者铍青铜等的弹性材料）所组成。
之所以采用具有耐热型材质的塑料是为了使第一插座1和第二插座3能够通过采用焊接的方式装配到被连接PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）4或5上（如图6所示）。其目的是实现射频信号从一块被连接PCB到另一块被连接PCB或者被连接PCB到模块或者模块到模块的连接。
如图3和5（a）、5（b）所示，通过第一插座1上的卡持结构凸块13和导向定位结构凸块14与所述连接电路板2上的卡持结构孔23和导向定位结构凹槽24相对应配合；这样做的好处是当成组的连接器互相分离时，连接电路板均留在第一插座上，便于设备的维修。第一插座1与连接电路板2的导向定位结构还可以设计为如图17中第一插座1上的导向定位结构凹槽14和连接电路板2上的导向定位结构凸块24的配合。
其中，图7中每一个方框（如图7中所示的方框6或7）中的连接是代表其中一组均能传输射频信号，数字信号及电源信号等的连接。
如图3和8所示，所述第一插座1包括：第一金属簧片12和第一导入结构凸块15。
如图4和8所示，所述第二插座3包括：第二金属簧片32和第二导入结构凸块33。
如图8所示，第一金属簧片组12和第二金属簧片组32分别与所述连接电路板2上的传输射频信号线21和接地部位22根据相应功能各自相接触，同时（如图9所示）第一金属簧片组12和第二金属簧片32组内各簧片之间保持着距离如图所示的d（d的最小距离是0.2mm）。
如图12所示，第一插座1上设有导入结构凸块15，其目的是使连接PCB板能方便地导入第一插座1，同时，如图11所示，第一插座1上还设有导向定位结构凸块14，用于将连接电路板2插入第一插座1时进行定位。
当连接电路板2插入第一插座1时，由于连接电路板2的重力以及初始的插入角度等的问题，连接电路板2可能会有一定角度的倾斜，而这个初始倾斜则会导致第二插座3在与其盲插配合时出现无法正确导入的问题（连接电路板2的最前端落在第二插座3的导入结构33之外，从而导致无法导入），通常我们采用人工扶正或将如图12的导向尺寸L增加足够大来解决盲插问题。这会增加操作上的不便，或增大零件的尺寸导致成本增加和可能给客户带来空间上的限制。
如图10和12所示，为了解决上述这个问题，本发明实施例中的所述第一插座1上的卡持结构凸块13的中心高度H1与第一金属簧片12与连接电路板2的接触点高度H2，H2的高度大于H1的高度，这样设置能产生一定的力矩将连接电路板2扶正，所以不需要太大的导向尺寸L就可以保证盲插。
连接电路板2装到第一插座1后，无需人为干预，当第二插座3往连接电路板2压入连接时，连接电路板2由于第二插座3上也设置有导入结构凸块33将自动的滑入第二插座3。
如图13所示，通过更改连接电路板2的长度以实现不同的连接距离如图13的H3和H4的实现，结合上述设置，从而避免了由于不同连接距离而创建新的连接器，通过创建近似走线方式的标准化系列连接电路板，切割已有近似板得到想要的高度，从而得到指定板间距，达到缩短研发制造周期和降低成本的目的。
如图7方框6内所示的上下连接的中心线偏差很小的连接，我们可以用图1的现有连接方式代替，但是对于由于客户被连接PCB的布线空间限制，如上下连接的中心线偏差很大的图7方框7内所示的连接，现有市场的板对板连接方式不能解决该问题，而传统的电缆组件连接不能适应客户设备小型化的趋势，而本发明却可以修改电路板的走线方式达到连接的目的。
由于当前的制造及装配误差，设备中需要被连接的PCB板之间或板到模块间都会有一定的长度，宽度和板间距高度方向误差，这就需要射频连接器有长度，宽度及高度容差（如图7中的a：长度方向装配容差，b：宽度方向容差， c：板间距高度方向容差）来保证良好的连接，保证信号的传输。如图14（a）是一个理想的两插座无长度方向装配误差的连接示意图，如图14（b）所示的两插座有长度方向装配误差，在设计中需要考虑相应的长度方向装配容差a，连接状态如图（在这里仅画出了金属簧片与所述连接电路板的连接状态，是为了更清晰的表达允许的容差a）。图15（a）是理想的两插座无宽度方向和高度方向装配误差的连接示意图，图15（b）为两插座有宽度方向和高度方向装配误差的连接示意图，设计中相应考虑允许两插座中心线的宽度方向容差b和被连接PCB板到被连接PCB的板间距H5或被连接PCB板到模块间的距离的高度方向容差c。本发明实施例所述的射频连接器能够允许在被连接板对板或被连接板对模块时的长度，宽度及高度方向的容差。
如前面所述，连接电路板2先插到第一插座1，由于通过第一插座1上的卡持结构凸块13和导向定位结构凸块14与所述连接电路板2上的卡持结构孔23和导向定位结构凹槽24相对应配合，第一插座1和连接PCB板的连接电路板2在长度方向上位置是相对固定的，随后第二插座3与连接电路板2连接，对于长度方向上的容差a，是通过第二插座上的第二金属簧片组32与连接电路板2上铜箔的相对位置变化来实现的，尺寸关系如图14（a）和（b），理想的无长度方向装配误差时的簧片到传输射频信号线边缘的距离为d1，两插座有长度方向装配误差时簧片到传输射频信号线边缘的距离为d1-a（图（b）是第二插座的中心相对于第一插座中心有向右侧方向的装配误差的示意图，工作原理与向左侧方向的装配误差时的相同。），d1-a应大于0，以至于在射频连接器有装配误差的情况下连接时，簧片与传输射频信号线仍然保持良好的接触；d1范围可从0.2mm到10mm。
第一金属簧片12、第二金属簧片32与连接电路板2的连接处是一个弧形面的结构，构成如图15中的区域1和区域2。如图15（b）所示，连接电路板2可以相对于第一插座以电路板2与第一插座的第一金属簧片组12的接触点为中心转动，区域1和区域2的空间使连接电路板可以允许转动角度α，并且第一金属簧片组12和第二金属簧片组32并没受到额外的力，从而解决宽度方向容差b。
我们通过如图15所示的区域2中构成的空间，第二插座可以在金属簧片组32保持与连接电路板2上的传输射频信号线21、接地部位22接触的条件下在 高度方向上移动(不同的高度方向的工作状态例子如图15（a）和（b）所示的区域2，以解决高度方向的容差。根据客户的不同高度容差要求，通过增加第二插座上的第二金属簧片32的长度就可以扩大区域2以增大高度方向上的容差，容差值可以从0.2mm到50mm，而且可采用冲压的方式加工，这样对于加工成本来说影响甚微。而传统板对板连接器技术中是通过采用增加公针的长度以及母针的孔深来增加此方向上的容差。这样，将大大提高加工的难度（需车削细长轴类零件以及钻细长孔），从而增加产品的成本，甚至由于加工对于孔径与孔深的比例有一个极限，传统的连接器几乎不可能有大于3mm的高度方向板间距的容差。
如图16所示，对于想要降低信号间的串扰，增大信号间的隔离度要求，可以通过改变连接电路板2的走线方式与第一插座1和第二插座3上的第一金属簧片组12、第二金属簧片组32之间的位置关系，即将连接电路板2上相邻的信号的共面线采取交错布置方式（图17中所示标号6的位置），第一插座1和第二插座3上的第一金属簧片组12、第二金属簧片组32做相应的调整，实现在不改变信号间距（节省空间，设计小型化）的情况下，进一步降低信号间的串扰，增大信号间的隔离度。
如图18所示，在本发明实施例中所述的射频连接器中的连接电路板2上可采取一端开孔25，该开孔25可为方形，圆形或其它形状，其目的去除连接电路板2相应的材料以避开第二插座3上的卡持结构，这样就能够在一组射频连接器上只使用两个相同的第一插座，进一步的降低了成本，缩短了产品开发周期。
综上所述，与现有技术相比，采用连接电路板为中间连接器的连接方案，降低了成本，解决了当客户被连接PCB的布线空间限制，上下连接的中心线偏差很大时传统板对板连接器无法连接的问题，允许很大的长度、宽度、高度方向的容差来解决制造及装配误差引起的连接问题，且安装及维护方便。
本发明的具体效果为：
第一，当被连接PCB的布线空间限制时，我们通过修改连接电路板的走线方式，可以很容易解决上下连接的中心线偏差很大时传统板对板连接器无法连接的问题和传统的电缆组件连接方式需占用很大空间的问题。
第二，本发明的射频连接器可以支持设备中板对板或板对模块在长度，宽 度和高度方向的大容差，所以即使客户有很大的装配误差，本发明的射频连接器仍然能保证良好的连接来传递信号，因此可以不必要对设备上的零部件要求很严的制造公差，从而大大的降低了制造成本。
第三，由于本发明所述的射频连接器采用模块化设计，可根据具体所需连接的信号通道数选用不同数量的连接器对数，从而避免每次由于所需连接信号的数量不同而重新开发新的连接器，连接电路板取代原有的中间连接器，制造方便，也可根据连接数量和板间距切割相近的连接电路板，获得不同的信道数量和不同的板间距，有利于标准化，大大降低了成本和缩短研发制造周期，也极大的简化了设计。
第四，本发明所述的射频连接器中的射频信号通过所述连接电路板的共面线的形式传输，以得到良好的阻抗匹配。（在共面线的传输模式下，很容易就可以通过更改信号与接地部分的距离来实现阻抗的匹配，即通过更改距离的大小以调整阻抗匹配）。
第五，本发明所述的射频连接器中的连接电路板采用双面板与金属簧片中的连接传输射频信号线簧片和接地簧片分别接触，以更好的实现阻抗的匹配，提升连接器的电气性能。
第六，本发明所述的射频连接器中的在第一插座上设有一卡持结构凸块，连接电路板上设有相应的孔或其他结构用于卡入第一插座。这样，当成组的射频连接器互相分离时，其上的连接电路板均留在第一插座上，便于设备的维修。
第七，本发明所述的射频连接器中第一插座上的卡持结构凸块的中心高度与第一金属簧片和连接电路板的接触点高度差的巧妙设计，不需要太大的导向尺寸就可以保证盲插。
第八，本发明所述的射频连接器由于采用冲压的方式加工以及特殊的连接方式，很容易实现大容差，低成本的要求。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种射频连接器，其特征在于，包括：插座和连接电路板，且二者相连；其中，所述插座为两个结构相同的插座，且能分别与同一连接电路板相连接；
所述插座呈长方体结构，其上具有长方形凹槽和金属簧片，该金属簧片设置于所述长方形凹槽内，且该金属簧片分别与所述连接电路板上的传输射频信号线和接地部位根据相对应关系彼此相接触，所述金属簧片采用多片，所述连接电路板上具有采用共面线或微带线形式形成的传输射频信号线、接地部位、与所述插座上的卡持结构凸块相对应的卡持结构孔、与所述插座上的导向定位结构凸块相对应的导向定位结构凹槽和/或与所述插座上的导向定位结构凹槽相对应的导向定位结构凸块；其中，所述连接电路板上相邻的信号的共面线采取交错布置方式。
2.如权利要求1所述的一种射频连接器，其特征在于，所述连接电路板为采用传递TEM波或准TEM波的布局和走线方式的连接电路板。
3.如权利要求2所述的一种射频连接器，其特征在于，所述连接电路板上具有采用共面线形式形成的传输射频信号线上还具有中心导体带，并该中心导体带的两侧制作出导体平面，形成共面微带传输线。
4.如权利要求1所述的一种射频连接器，其特征在于，所述金属簧片相邻之间保持的距离的最小距离是0.2mm。
5.如权利要求1所述的一种射频连接器，其特征在于，所述插座上的金属簧片到连接电路板的传输射频信号线边缘的距离为d1。
6.如权利要求1所述的一种射频连接器，其特征在于，所述插座上的卡持结构凸块的中心高度H1小于所述金属簧片与连接电路板的接触点高度H2。
7.如权利要求1所述的一种射频连接器，其特征在于，所述金属簧片与所述连接电路板的连接处为一个弧形面结构。
8.如权利要求1所述的一种射频连接器，其特征在于，所述连接电路板上设置一端开孔，该开孔为方形或圆形形状。
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