CN107104320A - 具有高rf性能水平的用于rf信号的同轴连接系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有高RF性能水平的用于RF信号的同轴连接系统，所述同轴连接系统使用固体绝缘结构，以及提供有连接器的延长的引导部，同时确保接地接触件独立于锁定装置而轴向制动，当插头和插座处于互相连接的构型中时，该锁定装置机械地将插头锁定至插座。

Description

具有高RF性能水平的用于RF信号的同轴连接系统
技术领域
本发明涉及同轴连接系统，特别地用于传输射频(RF)信号。
本发明特别针对的应用是电信设备的连接，该电信设备例如是用于无线通信市场的基站收发台(BTS)、RRU/RRH(射频拉远单元/射频拉远头端)单元以及分布式天线系统。
本发明还总体涉及医疗领域、工业领域、航空或运输领域以及太空领域中的连接系统。
本发明更特别地意欲提出同轴型连接系统，其电气和机械RF性能水平随时间推移是受控的且稳定的，并特别地具有低接触电阻和低互调电平。
背景技术
市场上和现有技术已经将用于低无源互调并专用于蜂窝式无线电话基础设施的电信部门的同轴型功率连接器作为特色。
该市场趋势是最小化生成无源互调产品。这是因为，虽然无源部件(例如同轴连接器和RF引线)都被认为是线性的，但是已经发现现实中这类部件易于表现为互调发生器，也就是说，RF信号的不想要的调制的非线性发生器，其能够导致从所述部件输出的信号的失真。
图1以纵向横截面示出了根据标准IEC 61169-4规定的7/16系列型号的同轴功率连接系统，其已经在市场上销售超过30年。
插座3包括中心接触件30，和布置在中心接触件30外围处的形成接地接触件的外围接触件31。此外，未示出的固体绝缘体插入在中心接触件和接地接触件之间，所有的这些元件容纳在本体32中。为了机械地锁定插头和插座之间的互相连接，提供待围绕插头和插座拧紧的锁定螺母4。
插头2本身包括中心接触件20，和布置在中心接触件20外围处的形成接地接触件的外围接触件21。
为了最小化无源互调，连接系统的纵向轴线X方向上接地接触件31和21之间的径向邻接触点A必须强劲。这通过施加至锁定螺母4的强劲的拧紧螺丝扭矩来保证。还需要这个拧紧扭矩以降低松开的风险，这种松开的情况与应力和应变弛豫相关，应力和应变弛豫发生在连接器承受温差和振动等情况的生命周期中，这些情况能够特别地在扭矩不足的情况中引发螺母的松开，因此，螺丝扭矩要强于必须的扭矩，以便随时间推移提供接地接触件之间的接触压力，以及贯穿始终的低互调电平的最大保证。
因此，在根据图1的同轴功率连接系统1中，必须：
-设计支撑剪切力的施加的强健部件(例如螺纹34和螺母24)、支撑牵引力的施加的强健部件(例如本体32)以及支撑压缩力的施加的强健部件(例如接地接触件31)，这些力通过螺纹34上的螺母24的强劲螺丝扭矩生成；
-使用笨重的扭矩扳手以施加大的和受控的螺丝扭矩，对于7/16系列通常为30N·m至35N·m。
然而，施加的拧紧扭矩可能具有随时间推移放松的趋势，并引起与连接器相关的电气性能水平发生变化。并且，这些连接器的尺寸是大的。
最近，已经开发出新的同轴功率连接器，其具有高RF性能水平，并特别地具有非常低的无源互调。这些连接器就是那些根据标准IEC 61169-54规定的市售4.3-10系列。
这样的同轴连接系统示出在图2中。O型环密封件6优选地布置在刚性接地接触件21的外围处。与之前描述相同的元件通过相同的附图标记表示。在这个系统中，一旦完成锁定，轴向操作间隙(轴向间隙)J保持在轴线X上的接地接触件21、31之间。因此，仅通过弹性接地接触件31抵靠刚性接地接触件21的凹处的内部径向支承产生接地接触件21、31之间的电气接地连接。这些连接器的尺寸小于7/16连接器。
然而，这样的以4.3-10系列名称市售的系统呈现了一些重要的不便。首先，在插座3的弹性外部接触件31和中心接触件30之间没有提供固体绝缘结构。因此，它们在两个连接器配合/分离期间没有被物理保护，尤其是可能损坏弹性外部接触件31。这不保证具有长寿命的连接器(插座)。并且，在弹性接触件31的变形和/或损坏的情况中，动态互调是不稳定的。
此外，插头2的接地接触件21具有形成引导部210的圆柱形外部表面，该引导部210沿轴线X具有直径D和长度L，其在连接期间抵靠插座3的本体32的引导部320被机械地引导。为了促进连接，接地接触件21在其自由端具有倒角，其显著地减少了引导区域。因此，比率L/D仅近似于0.3。由于此原因，连接器之间的稳定性是低的，使得不能确保好的同轴度。这还意味着动态互调性能的降低。
此外，低的比率L/D和对于插座3没有绝缘支撑保护的带有沟槽的弹性接地接触件31产生连接中的风险。这个风险在配合/分离操作期间，可引发系统的损坏，或可引发插座3的带有沟槽的接地接触件31的瓣310变形，如图2A中所示。这个变形将严重影响系统的无源互调特性，而在视觉上不容易可见。
因此需要进一步改进同轴型RF连接系统，其具有高RF性能，更具体地具有低无源互调电平和稳定的动态互调电平。
本发明意欲解决该需要的全部或部分。
发明内容
本发明的主题因此是具有纵向轴线X的用于传输射频RF信号的同轴连接系统，包括形成插头的第一系统元件和形成插座的第二系统元件，插头和插座的每一者包括：
·中心接触件，
·外围接触件，布置在该中心接触件的外围上，形成接地接触件，
·插入到该中心接触件和该接地接触件之间的固体绝缘结构。
该插座包括具有形成引导部的圆柱形内表面的本体。
根据本发明，接地接触件中的一者是弹性的并包括带有沟槽的套筒，而其他协作的接地接触件是刚性的，在插头和插座之间的连接构型中，弹性的接地接触件径向地支承抵靠刚性的接地接触件的内表面。
另外，根据本发明，插头的外部接触件的外表面形成引导部，在连接期间，该引导部被机械地引导抵靠插座的本体的引导部，插头的接地接触件的所述引导部沿轴线X具有限定高于或等于0.5的比率L/D的直径D和长度L。
因此，本发明主要在于固体绝缘结构的使用，并在于连接器的延长的引导部，同时确保接地接触件独立于锁定装置的轴向制动，当插头和插座处于互相连接的构型时，该锁定装置将插头机械地锁定至插座。
固体绝缘结构的使用，特别是在插座中的固体绝缘结构的使用，避免了弹性外部接触件和/或中心接触件的不想要的变形。这个机械保护保证了连接系统的长寿命和稳定的动态互调。在本发明的框架中必须明白，固体绝缘结构仅与空气不同，空气也是一种绝缘结构。相反，根据本发明的固体绝缘结构由固体件制成，该固体件必须足够强劲，以保护带有沟槽的接地接触件。这个固体件可以充满材料，或最终具有内部孔或一个或多个空洞。在这个实施方式中，具有内部孔的固体件必须满足保护带有沟槽的接地接触件的要求。
相比于例如开头部分描述的所有的现有技术的连接器，特别是那些7-16系列型号和4.3-10系列型号的连接器，关联于低径向间隙的插头的更长长度的引导部，及插座的本体的引导部，保持了稳定的连接和稳定的同轴度。这允许了对于根据本发明的连接系统的非常低的且稳定的无源互调电平。
在优选的实施方式中，根据本发明的同轴连接系统的尺寸与已知的QMA系列型号(专用接口)的现有技术连接器的尺寸相同，并小于7/16系列连接器的尺寸。
作为总结，根据本发明的连接系统展示出高RF性能水平，并特别地具有低无源且动态互调电平，这些随时间推移是稳定的。
优选地，间距(E)，即插座的本体的引导部的直径和插头的接地接触件的引导部的直径D之间的径向间隙，被尺寸设计使得比率E/L低于0.05，优选地低于0.03。
作为替选或与前述特征结合，间距(E)，即本体的引导部的直径和插头的接地接触件的引导部的直径D之间的径向间隙，被尺寸设计使得处于互相连接的构型的插座和插头之间的倾斜角低于3°，优选地低于1.5°。
在有利的实施方式中，在插头从插座分离期间，倾斜角的值保持低于3°，优选地低于1.5°，直到引导部互相之间完全断开连接。由于这个特征，在分离操作期间，带有沟槽的接地接触件被机械地保护而没有故障。
在另一个有利的实施方式中，系统包括锁定装置，当插头和插座处于互相连接的构型时，该锁定装置适用于将插头机械地锁定至插座。
在第一变型中，锁定装置可以是螺钉/螺母型，并由围绕插头自由旋转地安装的螺母和螺钉组成，螺钉的螺纹形成在插座的本体的外围上。
在第二变型中，锁定装置可以是弹簧锁型，并包括围绕插头安装的耦合环，该耦合环具有至少一个闩锁挂钩，其适于在连接构型中咬合在形成于插座的本体的外围处的凹槽中，在连接期间进行该咬合。
优选地，弹簧锁装置可包括解锁螺母，其围绕插头自由平移地安装，该解锁螺母具有凸向内侧的表面，并适于，一旦盖螺母以连接方向的相反方向移动，从插座的本体的外围凹槽松开挂钩。
附图说明
阅读本发明的作为参照附图的示意性和非限制性示例的示例性实施方式的详细描述后，本发明的其他优势和特征将变得更加显而易见，附图中：
-图1为根据现有技术的7/16系列的同轴功率和低无源互调连接系统的纵向横截面图，插头和插座互相连接且为锁定构型；
-图2为根据现有技术的市售4.3-10系列的同轴连接系统的纵向横截面图，插头和插座互相连接且为锁定构型；
-图2A示出了图2的系统中引发的配合风险；
-图3是根据本发明的同轴连接系统的纵向横截面，插头和插座处于待连接的准备位置；
-图3A示出了图3的同轴连接系统的插头进入到插座的配合的开始位置；
-图3B示出了图3的同轴连接系统的插头进入到插座的互相连接；
-图3C示出了图3的同轴连接系统的插头进入到插座的配合和分离阶段期间的最大容许倾斜角；
-图4为根据本发明的同轴连接系统的插头的纵向横截面图，该插头装配有螺钉/螺母型锁定装置的螺母；
-图4A为根据本发明的使用根据图4的插头的同轴连接系统的纵向横截面图，插头和插座互相连接且为锁定构型；
-图5为根据本发明的同轴连接系统的插头的纵向横截面图，该插头装配有弹簧锁型锁定装置的耦合螺母和耦合环；
-图5A为根据本发明的使用根据图5的插头的同轴连接系统的纵向横截面图，插头和插座互相连接且为锁定构型。
具体实施方式
图1至图2A涉及根据现有技术的同轴连接系统的不同示例。
这些图1至图2A已经在开头部分中进行评述，故在下文中不再进一步评述。
为了简洁起见，表示根据现有技术的连接系统的和根据本发明的连接系统的相同元件的相同标记用于全部的图1至图5A。
下文中，参照任意类型的RF线描述本发明。
在根据本发明的同轴连接系统1中，插头2和插座3的每一者包括插入到中心接触件20、30与接地接触件21、31之间的固体绝缘结构23、33。因此，相比于如图2所示的市售4.3-10系列连接器，该插座3包括在中心接触件30与接地接触件31之间的固体绝缘结构33。在配合(连接)期间，这个固体绝缘结构33物理地保护母中心接触件30和带有沟槽的弹性接地接触件31。此外，它避免了由于外部物体侵入导致的意外损坏的风险。
如图3、图3A、图3B、图4A和图5A所示，根据本发明的插座3包括具有形成引导部320的圆柱形内表面的本体32。
在根据本发明的同轴连接系统1中，当本体32和插头2处于互相连接的构型时，本体32的自由端纵向机械邻接抵靠插头2的部件25，使得沿轴线X(图3B、图4A和图5A)在接地接触件之间提供有最小轴向间隙(J)。在示出的实施方式中，插头的形成邻接的部件25是提供在插头2外围处的肩部。在弹簧锁构型中，通过凹槽321中的挂钩41和本体32的自由端邻接抵靠O型环密封件6提供当完全配合时的最后的轴向间隙(J)。
根据本发明和图3至图5A所示，进行尺寸设计使得引导部210沿轴线X具有限定比率L/D高于或等于0.5的直径D和长度L。在示出的实施方式中，比率L/D例如等于0.55。相比之下，在4.3-10系列中，这个比率L/D仅为0.3的量级。
相比于所有的现有技术的同轴连接系统，从连接开始激活的引导长度显著增加。
发明人已经分析出：针对具有高比率L/D的引导部的这样的大长度L，与本体32的引导部320的直径和插头2的引导部210的直径D之间的低径向间隙(径向游隙)E结合，导致可能的横向倾斜，其是低的且具有较高的稳定性，即连接的更好的同轴度。因此，与现有技术的同轴连接系统相比，无源互调较低。
优选地，尺寸设计使得处于互相连接的构型中的插座3和插头2之间的倾斜角α低于3°，优选地低于1.5°。作为替选和/或与之结合，尺寸设计使得比率E/L低于0.05，优选地低于0.03。
此外，在根据本发明的同轴连接系统1中，电气接地通路制造于部件31(更具体地是部件的自由端处的隆起物)和互补性本体21(图3B)的内表面之间。另一方面，通过引导部210和320完成机械引导。
由于接地接触件31凹进(recess)部件320，在电气接触(图3C)的连接前，机械引导提供了更好的对齐。在配合期间，当带有沟槽的接地接触件31刚好连接刚性的接地接触件21的内表面时，或者在分离期间，当带有沟槽的接地接触件31与刚性的接地接触件21的内表面断开连接时，插座和插头之间的倾斜角α的值保持低于7°。因此，电气接地接触件免于重复的配合/分离操作，并因此，互调较低且更稳定。
图4至图4A示出了当插头2和插座3处于互相连接的构型时，适用于将插头2机械锁定至插座3的锁定装置4的第一变型。在这个示出的变型中，锁定装置4是螺钉/螺母型。实现互相连接后，围绕插头2自由旋转地安装的螺母24拧紧在插座3的本体32外围上形成的螺纹34上。因此实现了锁定构型。
图5至图5A示出了锁定装置4的第二变型，该锁定装置4在这里是弹簧锁型。在互相连接结束时，本体32的外围部分径向地移动离开围绕插头2安装的耦合环40的一些闩锁挂钩41，之后，挂钩41咬合在本体32的凹槽321中。
为了从插座3解锁插头2，装置4包括解锁螺母42，其围绕插头2自由平移地安装，解锁螺母具有凸向内侧的表面43。因此，一旦螺母42以连接方向的相反方向移动，该表面43将从插座3的本体32的外围凹槽321松开挂钩41。
相比于根据现有技术的同轴连接系统(例如市售7/16系列型号、或者4.3-10系列型号、或如专利申请WO 2014/026383中所公开的)，刚刚已经描述的根据本发明的同轴连接系统1有很多优势：
-弹性外部接触件和中心接触件的可靠的机械保护；
-维持了高RF信号传输性能水平，甚至有所增加，并随时间推移特别地具有低的且稳定的无源及动态互调电平；
-相比于现有技术的低无缘互调连接器，连接小型化。
能够提供其他的变型和增强，而不会以任何方式脱离本发明的框架。
除非另外指明，“包括一个”的表达应该理解为与“包括至少一个”同义。

Claims (9)

1.一种具有纵向轴线X的用于传输射频RF信号的同轴连接系统(1)，包括形成插头(2)的第一系统元件和形成插座(3)的第二系统元件，所述插头和所述插座的每一者包括：
·中心接触件(20；30)，
·外围接触件(21；31)，所述外围接触件布置在所述中心接触件的外围上，形成接地接触件，
·插入到所述中心接触件和所述接地接触件之间的固体绝缘结构(23；33)，
其中，所述插座包括具有形成引导部(320)的圆柱形内表面的本体(32)，
其中，一个所述接地接触件(31)是弹性的并包括带有沟槽的套筒，而另一个协作的所述接地接触件(21)是刚性的，在所述插头和所述插座之间的连接构型中，弹性的所述接地接触件(31)径向地支承抵靠刚性的所述接地接触件(21)的内表面，以及
其中，所述插头(2)的接地接触件(21)的外表面形成引导部(210)，在连接期间，该引导部(210)被机械地引导抵靠所述插座的本体(32)的引导部(320)，所述插头的接地接触件的所述引导部沿所述轴线X具有限定高于或等于0.5的比率L/D的直径D和长度L。
2.根据权利要求1所述的同轴连接系统，其中间距(E)，即所述本体(32)的引导部的直径和所述插头的接地接触件(21)的引导部的直径D之间的径向间隙，被尺寸设计使得比率E/L低于0.05，优选地低于0.03。
3.根据权利要求1或2所述的同轴连接系统，其中间距(E)，即所述本体(32)的引导部的直径和所述插头的接地接触件的引导部的直径D之间的径向间隙，被尺寸设计使得处于互相连接的构型的所述插座和所述插头之间的倾斜角(α)低于3°，优选地低于1.5°。
4.根据权利要求3所述的同轴连接系统，其中在配合期间，当带有沟槽的所述接地接触件(31)刚好连接刚性的所述接地接触件(21)的内表面时，或者在分离期间，当带有沟槽的所述接地接触件(31)与刚性的所述接地接触件(21)的内表面断开连接时，所述插座和所述插头之间的倾斜角(α)的值保持低于7°。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的同轴连接系统，其中所述固体绝缘结构具有多个孔或者一个或多个空洞。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的同轴连接系统，包括锁定装置(4)，当所述插头和所述插座处于互相连接的构型时，所述锁定装置(4)适用于将所述插头机械地锁定至所述插座。
7.根据权利要求6所述的同轴连接系统，其中所述锁定装置为螺钉/螺母型，并由围绕所述插头(2)自由旋转地安装的螺母(24)和螺钉组成，所述螺钉的螺纹(34)形成在所述插座(3)的本体(32)的外围上。
8.根据权利要求6所述的同轴连接系统，其中所述锁定装置(4)为弹簧锁型，并包括围绕所述插头(2)安装的耦合环(40)，所述耦合环(40)具有至少一个闩锁挂钩(41)，所述闩锁挂钩适于在连接构型中咬合在形成于所述插座的本体(32)的外围处的凹槽(321)中，在连接期间进行所述咬合。
9.根据权利要求8所述的同轴连接系统，其中所述弹簧锁装置包括解锁螺母(42)，所述解锁螺母围绕所述插头(2)自由平移地安装，所述解锁螺母具有凸向内侧的表面(43)，并适于，一旦螺母以连接方向的相反方向移动，从所述插座的本体(32)的外围凹槽松开所述闩锁挂钩(41)。
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